[发明专利]合成孔径激光成像雷达的透镜焦面阵列外差接收光学天线

说明书

技术领域

本发明涉及合成孔径激光成像雷达，是一种合成孔径激光成像雷达的透镜焦面阵列外差接收光学天线，可以实现比光学天线口径衍射所决定的外差接收视场大得多的接收视场，并且可以大大地限制噪音保证目标回波的接收信噪比，因此其口径可以远远大于发射光学天线的口径，在结构上也很容易与相对较小口径的发射光学望远镜天线组合成一个同轴的合成孔径激光成像雷达光学天线系统。

背景技术

合成孔径激光成像雷达(SAIL)的原理取之于射频领域的合成孔径雷达原理，是能够在远距离得到厘米量级分辨率的唯一的光学成像观察手段。合成孔径激光成像雷达的天线一般采用光学望远镜结构。合成孔径激光成像雷达的方位向成像分辨率主要决定于光学发射天线的口径，并且与天线口径的直径成正比。而为了保证光学外差接收的视场与激光发射发散度相同，光学接收天线的口径要求与光学发射天线的口径相一致，请参考下列文献：

(1)R.L.Lucke，M.Bashkansky，J.Reintjes，and F.Funk，Synthetic aperture ladar(SAL)：fundamental theory，design equations for a satellite system，and laboratorydemonstration，NRL/FR/7218-02-10，051，Naval Research Laboratory，Dec.26，2002.

(2)刘立人，合成孔径激光成像雷达(I)：离焦和相位偏置望远镜接收天线[J]，光学学报，2008，28(5)：997-1000.

(3)刘立人，合成孔径激光成像雷达(II)：空间相位偏置发射望远镜[J]，光学学报，2008，28(6)：1197-1200.

(4)刘立人，合成孔径激光成像雷达(III)：双向环路发射接收望远镜[J]，光学学报，2008，28(7)：1405-1410.

(5)A.E.Siegman，The antenna properties of optical heterodyne receivers，Proceedings ofThe IEEE，1966，54(10)，1350-1356.

因此在实现高分辨率成像的设计条件下，由于接收天线口径的限制，使得合成孔径激光成像雷达能够接收的目标回波信号很小，这将严重影响雷达系统的性能。而且美国有人曾经指出用于光学外差接收的光学天线具有一种天线理论即其接收角和天线口径的乘积近似等于波长的平方(参考文献5)，因此为了增大接收视场角必须减少口径。对于合成孔径激光成像雷达，美国有人提出了一种改进方案(参考文献1)，采用阵列探测器实现大面积光学系统的回波信号的多通道接收，并对于阵列探测器的输出进行目标成像单元的相位历程的追迹，但是这种方法在工程上实现非常困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种合成孔径激光成像雷达的透镜焦面阵列外差接收光学天线，以实现比光学天线口径衍射所决定的外差接收视场大得多的接收视场，并且可以大大地限制噪音，保证目标回波的接收信噪比，因此其口径可以远远大于发射光学天线的口径，在结构上也很容易与相对较小口径的发射光学望远镜天线组合成一个同轴的合成孔径激光成像雷达光学天线系统。

本发明的技术解决方案如下：

一种合成孔径激光成像雷达的透镜焦面阵列外差接收光学天线，其特点在于由接收孔径光阑、接收透镜、偏振合束镜、本振光束、波片、偏振分束镜、第一探测光阑、第一光电探测阵列、第二探测光阑、第二光电探测阵列、平衡接收阵列电路和加法器电路构成，其位置关系如下：沿目标回波入射方向依次是所述的接收孔径光阑、接收透镜、偏振合束镜、本振光束、波片和偏振分束镜，所述的偏振分束镜将光束分成两束：一束经所述的第一探测光阑由第一光电探测阵列探测，另一路经第二探测光阑由第二光电探测阵列探测，所述的接收孔径光阑位于所述的接收透镜的前焦面，所述的第一探测光阑和第二探测光阑位于所述的接收透镜的后焦面，所述的第一光电探测阵列贴近所述的第一探测光阑，所述的第二光电探测阵列贴近所述的第二探测光阑，两个探测光阑的结构相同，两个光电探测阵列的结构和性能相同，两路探测光阑和光电探测阵列的相对放置也相同，所述的平衡接收阵列电路的输入端分别与所述的第一光电探测阵列和第二光电探测阵列的输出端相连，所述的平衡接收阵列电路的输出端与所述的加法器电路的输入端相连。

所述的波片为λ/2波片或λ/4波片。

所述的接收透镜为正方形孔径，或圆形孔径。