[发明专利]合成孔径激光成像雷达大视场外差探测装置

说明书

技术领域

本发明涉及合成孔径激光成像雷达，特别是一种可以增大接收视场的合成孔径激光成像雷达外差探测装置，该装置以合成孔径及外差接收技术为基础，能够消除接收信号二次项相位影响，实现比望远镜直接接收及光学天线口径衍射所决定的视场大得多的接收视场，保证了外差效率恒定；大接收望远镜口径，可以增加接收到的信号能量，降低对探测器灵敏度的要求，聚焦透镜能够减小角度失配对外差效率的影响，扩大失配角度，降低信号对准难度；可调的聚焦透镜光阑，使信号光斑能够与探测器尺寸保持匹配，获得较高的外差效率，实现合成孔径成像。

背景技术

合成孔径激光成像雷达（ＳＡＬ）原理来源于微波合成孔径雷达，是目前所有报道中能够在远距离实现厘米量级分辨率的唯一光学手段。但波长从微波波段过渡到光波，波长小了3-6个数量级，而天线尺寸尺度大于波长3-6个数量级，因此其信号发射和接收与射频的信号发射和接收有原理性的差别。合成孔径激光成像雷达的天线一般都采用光学望远镜结构，但是具体的对发射天线和接收天线要求又有所不同（参见[1]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；[2]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.）。

合成孔径激光雷达方位向分辨率主要决定于光学发射天线的有效口径，并且与天线口径直径成正比，当发射口径和接收口径一致时，理想情况下雷达分辨率等于天线口径的一半，因此在高分辨率成像设计条件下，由于接收口径限制，所能够接收到的回波信号很小，这将严重影响信号探测难度和雷达系统性能（参见[3]StevenM.Beck,Joseph R.Buck,Walter F.Buell etal..Synthetic-aperture imaging laser radar:laboratory demonstration and signal processing[J].Appl.Opt.,2005,44(35):7621-7629;[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.）。先前技术[4](A.E.Siegman.The antenna properties ofoptical heterodyne receivers[J].Pro.IEEE,1966,54(10):1350-1356)认为，用于光学外差接收的光学天线需满足天线理论：天线接收立体角和接收口径的有效面积乘积近似等于波长的平方，因此为了增大接收视场，必须减小口径。

先前技术[5](闫爱民，刘立人，周煜，孙建锋.通用的合成孔径激光成像雷达光学天线，实用新型专利，申请号：200920066851.0)提出了一种通用的合成孔径激光成像雷达雷达光学天线结构，实现了二次相位附加偏置的激光发射和消除回波信号波面相差的离焦光学接收，可用于远场或者近场情况，通过控制相应孔径大小调整发射波面和接受视场，但是这种装置，发射望远镜和接收望远镜通过一个公用的主望远镜集装在一起，必须发射接收分时进行，且最大视场角仅由光学天线口径的衍射决定，视场较小。本发明通过改进接收装置结构，远远增大了接收视场，且保证了接收信号不是太弱，能够实现合成孔径激光雷达宽幅成像。

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大视场外差探测装置，该装置能够消除接收信号波面相差的影响，实现比望远镜直接接收及光学天线口径衍射所决定的视场大得多的接收视场，且外差效率与接收视场无关，使得能够接收到稳定的外差电流信号，接收望远镜孔径可远远大于发射望远镜孔径，增加了接收到的信号功率，保证了外差效率恒定，会聚透镜光阑能够实现信号光场与探测器的匹配调节，增加本振光能量利用率，实现合成孔径宽幅成像。

本发明的具体技术解决方案如下：

一种合成孔径激光成像雷达大视场外差探测装置，特点在于其构成包括激光光源、准直透镜、分光镜、第一反射镜、第二反射镜、发射望远镜目镜、发射望远镜物镜、发射望远镜孔径光阑、接收望远镜孔径光阑、接收望远镜物镜、接收望远镜目镜、透镜光阑、聚焦透镜、合束镜和探测器，上述元部件的位置关系如下：