專利名稱：合成孔徑激光成像雷達的多通道光學接收機系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及合成孔徑激光成像雷達，特別是一種合成孔徑激光成像雷達的多通道光學接收機系統(tǒng)。其構成是由多個技術參數相同的光學接收機并列排布組成，單一光學接收機包括光學天線，光學外差探測器和圖像處理器，所有光學接收機的輸出圖像采用數字復合器進行相干疊加或者非相干疊加，最終產生成孔徑激光成像雷達的目標圖像輸出。多通道光學接收機系統(tǒng)的等效光學天線接收面積相當于各光學接收機天線面積之和，外差接收視場則等同于單一光學接收機的外差接收視場，同時光學接收機的間隔可以設置的很大而產生大跨度的接收天線尺度。因此本發(fā)明能夠實現(xiàn)大口徑光學天線所具有的接收較大回波能量的優(yōu)點同時也具備單一光學接收機較小光學天線尺寸所具有較大外差接收視場的特點，克服了同時要求大接收面積與大外差接收視場時光學天線尺度選擇上的固有矛盾，特別是跨度大的等效接收面能夠有效地克服激光散斑效應。本多通道光學接收機系統(tǒng)在結構上也很容易與發(fā)射光學望遠鏡天線組合成一個同軸的合成孔徑激光成像雷達光學接收/發(fā)射天線系統(tǒng)。
背景技術：
合成孔徑激光成像雷達(簡稱為光學SAR)是能夠在遠距離得到厘米量級成像分辨率的唯一的光學成像觀察手段，其原理取之于射頻領域的合成孔徑雷達(簡稱為微波 SAR)原理，因為光學和微波的學科內容完全不同，光學SAR和微波SAR的實施方法和關鍵技術也完全不同。合成孔徑激光成像雷達的天線采用光學望遠鏡，光學天線用于激光光束發(fā)射時其發(fā)散角相當于天線口徑的衍射角，光學天線用于光學外差接收時其接收視場角也相當于天線口徑的衍射角，在一般情況的設計下光學接收天線與光學發(fā)射天線的口徑相同或者為同一個望遠鏡系統(tǒng)。參考下列文獻(I)A. E. Siegman,The antenna properties of optical heterodyne receivers, Proceedings ofThe IEEE，1966，54 (10)，1350-1356.(2) 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/7218-02-1O,051, Naval Research Laboratory, Dec. 26,2002.(3)劉立人，合成孔徑激光成像雷達(I)離焦和相位偏置望遠鏡接收天線[J]，光學學報，2008，沘(5) :997-1000.(4)劉立人，合成孔徑激光成像雷達(II)空間相位偏置發(fā)射望遠鏡[J]，光學學報，2008，28 (6) :1197-1200.(5)劉立人，合成孔徑激光成像雷達(III)雙向環(huán)路發(fā)射接收望遠鏡[J]，光學學報，2008，28 (7) :1405-1410.
合成孔徑激光成像雷達的發(fā)射激光發(fā)散角和外差接收視場角共同作用在目標面上的尺度或者面積稱為光學足址。合成孔徑激光成像雷達的設計上一般需要實現(xiàn)盡量大的光學足址，并且獲得盡量大的目標回波能量，前者要求光學天線的孔徑足夠小，而后者要求光學天線的孔徑足夠大， 因此光學天線口徑大小的選擇在光學足址和回波接收能量之間存在內在矛盾。應當注意， 合成孔徑激光成像雷達在數據收集過程中激光散斑效應將造成目標點回波的附加相位和振幅波動，這將嚴重影響成像質量，而減弱散斑效應的重要途徑是增大接收孔徑的尺度，這又與大光學足址的需求產生矛盾。因此需要發(fā)明一種技術方案，其具有大能量接收能力的等效大尺度光學接收天線孔徑，但是同時具有小尺度光學天線孔徑的大的外差接收視場角，特別應當具有足夠大的等效天線跨度而有效地克服目標回波的激光散斑效應。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種合成孔徑激光成像雷達的多通道光學接收機系統(tǒng)，以實現(xiàn)大口徑光學天線所具有的接收較大回波能量的優(yōu)點同時，兼具單一光學接收機較小光學天線具有較大外差接收視場的特點，以克服同時要求大接收面積與大外差接收視場時光學天線尺度選擇上的固有矛盾，特別是跨度大的等效接收面可以有效地減弱激光散斑效應。本發(fā)明的技術解決方案如下一種合成孔徑激光成像雷達的多通道光學接收機系統(tǒng)，特點在于其構成包括多個技術參數相同的并列的光學接收機通道，所述的光學接收機通道由依次的光學天線主鏡、 光學外差探測器和圖像處理器構成，所有光學接收機通道的輸出圖像由數字復合器進行相干疊加或者非相干疊加，最終產生合成孔徑激光成像雷達的目標圖像輸出。所述的多通道的光學接收機的光學天線主鏡位于同一個平面成矩陣排列，所述的光學天線主鏡的中心間隔Dint與目標分辨單元決定的接收面激光散斑的平均尺寸
尉目當，即Dint Sspe，其中λ為激光波長，Sd為目標分辨單元尺度，R為雷達作
用距離。多通道光學接收機系統(tǒng)的等效光學天線接收面積相當于各光學接收機天線面積之和，外差接收視場等同于單一光學接收機的外差接收視場，同時光學接收機的間隔可以設置的很大。因此本發(fā)明能夠實現(xiàn)大口徑光學天線所具有的接收較大回波能量的優(yōu)點同時也具備單一光學接收機較小光學天線具有較大外差接收視場的特點，克服了同時要求大接收面積與大外差接收視場時光學天線尺度選擇上的固有矛盾，特別是跨度大的等效接收面可以有效地減弱激光散斑效應。本多通道光學接收機系統(tǒng)在結構上也很容易與發(fā)射光學望遠鏡天線組合成一個同軸的合成孔徑激光成像雷達光學接收/發(fā)射天線系統(tǒng)。本發(fā)明的合成孔徑激光成像雷達的多通道光學接收機天線的技術效果(1)多通道光學接收機天線的等效接收面積為所有子孔徑面積之和，可以獲得與主鏡尺度相等的功率接收效果。(2)多通道光學接收機天線的等效外差接收視場等同于單通道孔徑的外差接收視場，由于外差接收視場反比于接收尺度，因此本發(fā)明多通道光學接收天線的等效外差接收視場等同于單一通道的外差接收視場，而遠大于多通道光學接收機天線幾何尺度決定的外差接收視場。 (3)具有相干和非相干疊加兩種可能性。(3)結合上述兩點，本發(fā)明的多通道光學接收機天線能夠同時實現(xiàn)較大的接收面積和較大的接收視場，而不是具備標準外差接收的性質，即接收面積大而接收視場小。(4)本發(fā)明的多通道光學接收機天線在結構上也很容易與相對較小口徑的發(fā)射光學望遠鏡天線組合成一個同軸的合成孔徑激光成像雷達光學接收/發(fā)射天線系統(tǒng)。(5)各接收通道采用較小口徑的天線望遠鏡，相對于等效尺度的單一大口徑天線望遠鏡制造容易，特別是多通道光學接收機的接收通道之間的間隔能夠容易無限制擴大， 有利于克服激光散斑效應。


圖1是本發(fā)明合成孔徑激光成像雷達的多孔徑光學接收天線系統(tǒng)的示意圖。
具體實施例方式下面結合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。先請參閱圖1，圖1是本發(fā)明合成孔徑激光成像雷達的多孔徑光學接收天線系統(tǒng)的示意圖。也是本發(fā)明合成孔徑激光成像雷達的多孔徑光學接收天線系統(tǒng)一個實施例的示意圖，由圖可見，本發(fā)明合成孔徑激光成像雷達的多通道光學接收機系統(tǒng)結構，從目標回波光束1開始依次是并列的由光學接收天線主鏡3和光學外差接收和處理機4構成的第一通道光學接收機、由光學接收天線主鏡5和光學外差接收和處理機6構成的第二通道光學接收機、由光學接收天線主鏡7和光學外差接收和處理機8構成的第三通道光學接收機和由光學接收天線主鏡9和光學外差接收和處理機10構成的第四通道光學接收機，所述的光學接收機可以無限擴充，各個光學接收機處理完成的圖像輸出到數字復合器11進行相干疊加或者非相干疊加然后作為最終的圖像輸出12，該多通道光學接收機系統(tǒng)的坐標系統(tǒng)的中心點為2。下面對本發(fā)明多通道光學接收機系統(tǒng)進行分析設定多通道光學接收機系統(tǒng)的主鏡面的主坐標系為(X，y)，坐標系統(tǒng)的中心點為 (0，0)，發(fā)射光束中心位置在(0，0)，目標點位置在(xt，yt)，接收通道的序號為i，通道總數為I，某一通道光學接收機的中心位置在(Xi, Yi),其坐標系為(Xi，yi)。設定所有通道的光學接收機的技術參數一致，光學接收天線主鏡的孔徑形狀相同，通常設計下光學接收天線主鏡的形狀為圓形或矩形。設定t為光頻信號的流程時間(相當于快時間)，設定tt為目標點的運動時間 (慢時間)，在時間起點(tt = 0)上目標的位置在(xt，Yt)，目標與雷達的相對運動速度為 v，則目標與主坐標系零點(x = 0，y = 0)即雷達的運動軌跡為Ut = Xt+vtt，yt = Yt)， 發(fā)射光束產生的在目標面上的照明空間相位二次項波前產生的目標點的空間相位歷程為
權利要求
1.一種合成孔徑激光成像雷達的多通道光學接收機系統(tǒng)，特征在于其構成包括多個技術參數相同的并列的光學接收機通道，所述的光學接收機通道由依次的光學天線主鏡、光學外差探測器和圖像處理器構成，所有光學接收機通道的輸出圖像由數字復合器進行相干疊加或者非相干疊加，最終產生合成孔徑激光成像雷達的目標圖像輸出。
2.根據權利要求1所述的合成孔徑激光成像雷達的多通道光學接收機系統(tǒng)，其特征在于所述的多通道的光學接收機的光學天線主鏡位于同一個平面成矩陣排列，所述的光學天線主鏡的中心間隔Dint與目標分辨單元決定的接收面激光散斑的平均尺寸民相
全文摘要
一種合成孔徑激光成像雷達的多通道光學接收機系統(tǒng)，其構成包括多個技術參數相同的并列的光學接收機通道，所述的光學接收機通道由依次的光學天線主鏡、光學外差探測器和圖像處理器構成，所有光學接收機通道的輸出圖像由數字復合器進行相干疊加或者非相干疊加，最終產生合成孔徑激光成像雷達的目標圖像輸出。本發(fā)明具有大口徑光學天線接收較大回波能量的優(yōu)點和單一光學接收機較小光學天線尺寸具有較大外差接收視場的特點，克服了同時要求大接收面積與大外差接收視場時光學天線尺度選擇上的固有矛盾，特別是有效地克服激光散斑效應。本發(fā)明在結構上也很容易與發(fā)射光學望遠鏡天線組合成一個同軸的合成孔徑激光成像雷達光學接收/發(fā)射天線系統(tǒng)。
文檔編號G01S13/90GK102215062SQ20111007448
公開日2011年10月12日 申請日期2011年3月25日 優(yōu)先權日2011年3月25日
發(fā)明者劉立人 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所