[发明专利]合成孔径激光成像雷达收发同轴光学天线

说明书

技术领域

本发明属于合成孔径激光成像雷达技术领域，尤其涉及一种合成孔径激光成像雷达收发同轴光学天线。

背景技术

合成孔径激光成像雷达(SAIL)原理来源于微波合成孔径雷达，是能够在远距离实现厘米量级分辨率的唯一光学成像手段。但激光波长比微波波长小3－6个数量级，因此其信号发射和接收又具有了光学领域的新要求。合成孔径激光成像雷达方位向分辨率主要取决于光学发射天线的有效口径，并且与天线口径直径成正比，因此为了获得大的光学足趾和高的分辨率，发射天线口径一般较小；为了获得较高的回波信号强度及外差信号信噪比，要求外差接收的视场与激光发射的发散视场相同，且外差接收天线口径越大越好(参见[1]R.L.Lucke,L.J.Rickard,M.Bashkansky,J.Reintjes,E.E.Funk.Synthetic aperture ladar(SAL)-Fundamental theory,Design equations for a satellite system,and Laboratory demonstration2002,Naval Research Laboratory report NRL/FR/7218-02-10；[2]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.)。然而由于大口径加工工艺限制，接收口径总是有限，所能够接收到的目标回波信号很小，大的接收口径同时又带来接收视场降低，这将严重影响信号探测难度和雷达系统性能(参见[3]Steven M.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.)

先前技术[4](A.E.Siegman.The antenna properties of optical heterodyne receivers[J].Pro.IEEE,1966,54(10):1350-1356)曾给出了光学外差接收的天线理论：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，因此理论上接收视场和有效接收孔径总是此消彼长的关系。对于合成孔径激光成像雷达，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光学天线结构，但是该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极限决定，视场有限。先前技术[6](刘立人.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，发明专利，申请号：200910056646.0)提出采用透镜焦面处平衡阵列探测器实现宽幅多通道信号接收成像，可以突破文献[4]所述的光学外差接收天线理论的限制，获得较大接收视场；但是没有考虑消除回波信号的二次相位的影响，透镜口径尺寸依旧无法做到很大，且无法调整本振光斑、信号光光斑和阵列探测器单元的相对面积关系，接收的信号光强度利用率有限，最终成像信噪比较低；方案中实施例所提及的卡塞格伦望远系统，次镜是抛物面形反射镜，彗差很大，可用视场较小，实际应用中会限制阵列探测的有效视场，不适合大视场合成孔径激光成像雷达应用。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种实时消除接收信号二次项相位影响、实现高质量合成孔径成像的合成孔径激光成像雷达收发同轴光学天线。

技术方案：一种合成孔径激光成像雷达收发同轴光学天线，包括发射光学天线，包括光源、沿光源光路设置的发射天线孔径光阑和反射镜；

接收光学天线，包括目标回波、沿目标回波入射方向依次设有的接收天线孔径光阑、望远镜系统、会聚透镜、合束镜及平衡阵列探测系统；

发射光学天线的发射光束经由反射镜与接收光学天线同光轴，望远镜系统后焦面处设有光调制器。经过调制的本振光参考光与经过光调制器相位补偿后的会聚光于合束镜混频合束，由位于所述的会聚透镜后焦面处的平衡阵列探测系统外差接收。

所述光调制器为相位型液晶空间光调制器。

所述相位型液晶空间光调制器的调制信号的表达式为：