雙電控掃描激光相控陣?yán)走_(dá)的制作方法
【專利摘要】雙電控掃描激光相控陣?yán)走_(dá)，涉及一種激光相控陣?yán)走_(dá)，為解決現(xiàn)有相控陣天線單元尺寸大、發(fā)射光束旁瓣多，造成接收信號(hào)被干擾的問(wèn)題。本發(fā)明的脈沖激光器出射脈沖激光經(jīng)反射鏡后入射至分光器，反射光入射至探測(cè)器PIN，透射光入射至偏振器，透射光入射至二維液晶調(diào)相器，反射光入射經(jīng)反射鏡入射至分光鏡，透射光入射至發(fā)射接收光學(xué)元件后發(fā)射出去，回波信號(hào)經(jīng)發(fā)射接收光學(xué)元件透射給分光鏡，反射光入射至二維微鏡陣列，反射光入射至望遠(yuǎn)鏡，透射光入射至探測(cè)器APD，探測(cè)器PIN和探測(cè)器APD將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出給信號(hào)處理電路，控制器控制二維液晶調(diào)相器、二維微鏡陣列和脈沖激光器。本發(fā)明用于跟蹤多個(gè)高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的激光雷達(dá)中。
【專利說(shuō)明】雙電控掃描激光相控陣?yán)走_(dá)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光相控陣?yán)走_(dá)。
【背景技術(shù)】
[0002]相控陣體制激光雷達(dá)具有波束指向、波束形狀快速變化的能力，易于形成多個(gè)波束，并且可對(duì)每個(gè)波束進(jìn)行隨機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)任意形式的空間掃描。這些特點(diǎn)使相控陣體制的激光雷達(dá)可以完成多種功能，具有穩(wěn)定跟蹤多個(gè)高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的能力，為提高激光雷達(dá)對(duì)包括隱身目標(biāo)在內(nèi)的各種低可探測(cè)目標(biāo)觀測(cè)提供了技術(shù)潛力。同時(shí)，光學(xué)相控陣激光雷達(dá)相對(duì)于光機(jī)掃描激光雷達(dá)在系統(tǒng)體積、重量、功耗方面都有較大的提升。
[0003]現(xiàn)有的相控陣天線單元尺寸較大，發(fā)射光束旁瓣較多，造成發(fā)射天線效率較低，同時(shí)旁瓣回波和主瓣回波一起被接收系統(tǒng)收集到探測(cè)器上，對(duì)主信號(hào)形成干擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有相控陣天線單元尺寸較大，發(fā)射光束旁瓣較多，造成接收信號(hào)被干擾的問(wèn)題，提供了一種雙電控掃描激光相控陣?yán)走_(dá)。
[0005]本發(fā)明所述雙電控掃描激光相控陣?yán)走_(dá)，它包括脈沖激光器、二維液晶調(diào)相器、二維微鏡陣列、偏振器、探測(cè)器PIN、探測(cè)器APD、分光器、兩個(gè)反射鏡、望遠(yuǎn)鏡、信號(hào)處理電路、控制器、發(fā)射接收光學(xué)元件和分光鏡，
[0006]脈沖激光器出射的脈沖激光入射至第一個(gè)反射鏡，經(jīng)第一個(gè)反射鏡反射后入射至分光器，經(jīng)過(guò)該分光器反射的反射光入射至探測(cè)器PIN，經(jīng)過(guò)分光器的透射光入射至偏振器，經(jīng)過(guò)該偏振器透射的光入射至二維液晶調(diào)相器，經(jīng)過(guò)該二維液晶調(diào)相器反射的光入射至第二個(gè)反射鏡，經(jīng)過(guò)該第二個(gè)反射鏡反射的光入射至分光鏡，經(jīng)過(guò)該分光鏡透射的光入射至發(fā)射接收光學(xué)元件，經(jīng)過(guò)該發(fā)射接收光學(xué)元件透射的光作為雙電控掃描激光相控陣?yán)走_(dá)的發(fā)射光束發(fā)射出去，經(jīng)過(guò)目標(biāo)反射的回波信號(hào)經(jīng)過(guò)發(fā)射接收光學(xué)元件接收后透射給分光鏡，經(jīng)過(guò)該分光鏡反射的光入射至二維微鏡陣列，經(jīng)過(guò)該二維微鏡陣列反射的光入射至望遠(yuǎn)鏡，經(jīng)過(guò)該望遠(yuǎn)鏡的透射光入射至探測(cè)器APD，
[0007]探測(cè)器PIN將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后輸出給信號(hào)處理電路，探測(cè)器PIN用于提供計(jì)時(shí)起始信號(hào)，
[0008]探測(cè)器APD將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電脈沖信號(hào)后輸出給信號(hào)處理電路，信號(hào)處理電路將接收的信號(hào)計(jì)算獲得距離值，輸出給控制器，
[0009]控制器的第一控制信號(hào)通過(guò)信號(hào)處理電路輸出至二維液晶調(diào)相器，用于控制光束所在區(qū)域的相位分布，控制器的第二控制信號(hào)通過(guò)信號(hào)處理電路輸出至二維微鏡陣列，用于控制二維微鏡陣列對(duì)主光束成相區(qū)域進(jìn)行選擇，然后反射到望遠(yuǎn)鏡中，
[0010]控制器的第三控制信號(hào)輸出至脈沖激光器。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明所述雙電控掃描激光相控陣?yán)走_(dá)采用二維液晶調(diào)相器作為發(fā)射光束掃描裝置，用二維微鏡陣列作為視場(chǎng)掃描裝置，實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)發(fā)射視場(chǎng)和瞬時(shí)接收視場(chǎng)的匹配，去除旁瓣的干擾，旁瓣引起的虛警降低了 80%以上。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明所述雙電控掃描激光相控陣?yán)走_(dá)的原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]【具體實(shí)施方式】一:下面結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述雙電控掃描激光相控陣?yán)走_(dá)，它包括脈沖激光器1、二維液晶調(diào)相器2、二維微鏡陣列3、偏振器4、探測(cè)器PIN5、探測(cè)器APD6、分光器7、兩個(gè)反射鏡8、望遠(yuǎn)鏡9、信號(hào)處理電路10、控制器11、發(fā)射接收光學(xué)兀件12和分光鏡13,
[0014]脈沖激光器I出射的脈沖激光入射至第一個(gè)反射鏡8，經(jīng)第一個(gè)反射鏡8反射后入射至分光器7，經(jīng)過(guò)該分光器7反射的反射光入射至探測(cè)器PIN5，經(jīng)過(guò)分光器7的透射光入射至偏振器4，經(jīng)過(guò)該偏振器4透射的光入射至二維液晶調(diào)相器2，經(jīng)過(guò)該二維液晶調(diào)相器2反射的光入射至第二個(gè)反射鏡8，經(jīng)過(guò)該第二個(gè)反射鏡8反射的光入射至分光鏡13，經(jīng)過(guò)該分光鏡13透射的光入射至發(fā)射接收光學(xué)元件12，經(jīng)過(guò)該發(fā)射接收光學(xué)元件12透射的光作為雙電控掃描激光相控陣?yán)走_(dá)的發(fā)射光束發(fā)射出去，經(jīng)過(guò)目標(biāo)反射的回波信號(hào)經(jīng)過(guò)發(fā)射接收光學(xué)元件12接收后透射給分光鏡13，經(jīng)過(guò)該分光鏡13反射的光入射至二維微鏡陣列3，經(jīng)過(guò)該二維微鏡陣列3反射的光入射至望遠(yuǎn)鏡9，經(jīng)過(guò)該望遠(yuǎn)鏡9的透射光入射至探測(cè)器ATO6，
[0015]探測(cè)器PIN5將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后輸出給信號(hào)處理電路10，探測(cè)器PIN5用于提供計(jì)時(shí)起始信號(hào)，
[0016]探測(cè)器APD6將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電脈沖信號(hào)后輸出給信號(hào)處理電路10，信號(hào)處理電路10將接收的信號(hào)計(jì)算獲得距離值，輸出給控制器11，
[0017]控制器11的第一控制信號(hào)通過(guò)信號(hào)處理電路10輸出至二維液晶調(diào)相器2，用于控制光束所在區(qū)域的相位分布，控制器11的第二控制信號(hào)通過(guò)信號(hào)處理電路10輸出至二維微鏡陣列3，用于控制二維微鏡陣列3對(duì)主光束成相區(qū)域進(jìn)行選擇，然后反射到望遠(yuǎn)鏡9中，
[0018]控制器11的第三控制信號(hào)輸出至脈沖激光器I。
[0019]本實(shí)施方式中，控制器11通過(guò)控制光束所在區(qū)域的相位分布，實(shí)現(xiàn)光束在物空間的俯仰角和方位角掃描。
[0020]本實(shí)施方式中，通過(guò)控制器11，控制二維微鏡陣列只對(duì)主光束的成像區(qū)域進(jìn)行選擇反射到望遠(yuǎn)鏡9當(dāng)中，其余區(qū)域的反射光無(wú)法進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡9。
[0021]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式對(duì)【具體實(shí)施方式】一作進(jìn)一步說(shuō)明，所述控制器11采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。
[0022]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式對(duì)【具體實(shí)施方式】一作進(jìn)一步說(shuō)明，控制器11將控制信號(hào)輸出至二維液晶調(diào)相器2控制光束所在區(qū)域的相位分布的過(guò)程為:利用液晶的雙折射效應(yīng)，控制光束經(jīng)過(guò)每個(gè)相控單元后產(chǎn)生相位延遲，從而改變輸出光束的形狀及傳播方向。
[0023]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式對(duì)【具體實(shí)施方式】一作進(jìn)一步說(shuō)明，控制器11將控制信號(hào)輸出至二維微鏡陣列3對(duì)主光束成像區(qū)域進(jìn)行選擇的過(guò)程為:二維微鏡陣列3包括多個(gè)微小平面鏡，控制器11的輸出電壓不同控制每個(gè)微小平面鏡在空間中與基體方向的角度不同。
[0024]本實(shí)施方式中，每個(gè)微小平面鏡在空間中與基體方向的角度可以為120°、60°、0°等。通過(guò)控制器11的輸出電壓不同，可以對(duì)每個(gè)微小平面鏡的角度進(jìn)行相應(yīng)的選擇，也可以控制某個(gè)區(qū)域內(nèi)的微小平面鏡都指向同一個(gè)方向，而其他區(qū)域內(nèi)的微小平面鏡指向另一個(gè)方向。
[0025]本發(fā)明的工作原理:從脈沖激光器I出射的脈沖激光少部分經(jīng)分光器7打在探測(cè)器PIN5上作為計(jì)時(shí)起始信號(hào)輸入到信號(hào)處理電路10中，其余大部分首先經(jīng)過(guò)偏振器4成為小束散角的線偏振光，之后入射到二維液晶調(diào)相器2上。計(jì)算機(jī)控制器11通過(guò)控制光束所在區(qū)域的相位分布，實(shí)現(xiàn)光束在物空間的俯仰角和方位角掃描。反射的光束再經(jīng)分光鏡13并通過(guò)發(fā)射接收光學(xué)元件12出射。由目標(biāo)反射的回波信號(hào)先經(jīng)過(guò)發(fā)射接收光學(xué)元件12并經(jīng)分光鏡13發(fā)射到二維微鏡陣列3上，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制器11控制二維微鏡陣列3只對(duì)主光束的成像區(qū)域進(jìn)行選擇反射到望遠(yuǎn)鏡9當(dāng)中，其余區(qū)域的反射光無(wú)法進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡9。主光束的像經(jīng)望遠(yuǎn)鏡9后匯聚于探測(cè)器APD6上，轉(zhuǎn)化為電脈沖信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理電路10即時(shí)處理獲得距離值傳給計(jì)算機(jī)控制器11，同時(shí)，計(jì)算機(jī)控制器11根據(jù)二維液晶調(diào)相器2和二維微鏡陣列3的控制信息給出俯仰角和方位角，多次掃描后，合成一幅三維距離像。
【權(quán)利要求】
1.雙電控掃描激光相控陣?yán)走_(dá)，其特征在于，它包括脈沖激光器(I)、二維液晶調(diào)相器(2)、二維微鏡陣列(3)、偏振器(4)、探測(cè)器PIN(5)、探測(cè)器APD(6)、分光器(7)、兩個(gè)反射鏡(8)、望遠(yuǎn)鏡(9)、信號(hào)處理電路(10)、控制器(11)、發(fā)射接收光學(xué)元件(12)和分光鏡(13)， 脈沖激光器(I)出射的脈沖激光入射至第一個(gè)反射鏡(8)，經(jīng)第一個(gè)反射鏡(8)反射后入射至分光器(7 )，經(jīng)過(guò)該分光器(7 )反射的反射光入射至探測(cè)器PIN (5 )，經(jīng)過(guò)分光器(7 )的透射光入射至偏振器(4)，經(jīng)過(guò)該偏振器(4)透射的光入射至二維液晶調(diào)相器(2)，經(jīng)過(guò)該二維液晶調(diào)相器(2)反射的光入射至第二個(gè)反射鏡(8)，經(jīng)過(guò)該第二個(gè)反射鏡(8)反射的光入射至分光鏡(13)，經(jīng)過(guò)該分光鏡(13)透射的光入射至發(fā)射接收光學(xué)元件(12)，經(jīng)過(guò)該發(fā)射接收光學(xué)元件(12)透射的光作為雙電控掃描激光相控陣?yán)走_(dá)的發(fā)射光束發(fā)射出去，經(jīng)過(guò)目標(biāo)反射的回波信號(hào)經(jīng)過(guò)發(fā)射接收光學(xué)元件(12)接收后透射給分光鏡(13)，經(jīng)過(guò)該分光鏡(13)反射的光入射至二維微鏡陣列(3)，經(jīng)過(guò)該二維微鏡陣列(3)反射的光入射至望遠(yuǎn)鏡(9)，經(jīng)過(guò)該望遠(yuǎn)鏡(9)的透射光入射至探測(cè)器APD (6)， 探測(cè)器PIN (5)將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后輸出給信號(hào)處理電路(10)，探測(cè)器PIN (5)用于提供計(jì)時(shí)起始信號(hào)， 探測(cè)器APD (6)將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電脈沖信號(hào)后輸出給信號(hào)處理電路(10)，信號(hào)處理電路(10)將接收的信號(hào)計(jì)算獲得距離值，輸出給控制器(11)， 控制器(11)的第一控制信號(hào)通過(guò)信號(hào)處理電路(10)輸出至二維液晶調(diào)相器(2)，用于控制光束所在區(qū)域的相位分布，控制器(11)的第二控制信號(hào)通過(guò)信號(hào)處理電路(10)輸出至二維微鏡陣列(3)，用于控制二維微鏡陣列(3)對(duì)主光束成相區(qū)域進(jìn)行選擇，然后反射到望遠(yuǎn)鏡(9)中， 控制器(11)的第三控制信號(hào)輸出至脈沖激光器(I)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙電控掃描激光相控陣?yán)走_(dá)，其特征在于，所述控制器(11)采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙電控掃描激光相控陣?yán)走_(dá)，其特征在于，控制器(11)將控制信號(hào)輸出至二維液晶調(diào)相器(2)控制光束所在區(qū)域的相位分布的過(guò)程為:利用液晶的雙折射效應(yīng)，控制光束經(jīng)過(guò)每個(gè)相控單元后產(chǎn)生相位延遲，從而改變輸出光束的形狀及傳播方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙電控掃描激光相控陣?yán)走_(dá)，其特征在于，控制器(11)將控制信號(hào)輸出至二維微鏡陣列(3)對(duì)主光束成像區(qū)域進(jìn)行選擇的過(guò)程為:二維微鏡陣列(3)包括多個(gè)微小平面鏡，控制器(11)的輸出電壓不同控制每個(gè)微小平面鏡在空間中與基體方向的角度不同。
【文檔編號(hào)】G01S7/481GK103645470SQ201310721989
【公開(kāi)日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月24日
【發(fā)明者】靳辰飛, 張思琦, 趙遠(yuǎn), 喬天元, 宋子童, 翟建華 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)