专利名称：合成孔径激光成像雷达的多通道光学接收机系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及合成孔径激光成像雷达，特别是一种合成孔径激光成像雷达的多通道光学接收机系统。其构成是由多个技术参数相同的光学接收机并列排布组成，单一光学接收机包括光学天线，光学外差探测器和图像处理器，所有光学接收机的输出图像采用数字复合器进行相干叠加或者非相干叠加，最终产生成孔径激光成像雷达的目标图像输出。多通道光学接收机系统的等效光学天线接收面积相当于各光学接收机天线面积之和，外差接收视场则等同于单一光学接收机的外差接收视�。惫庋Ы邮栈募涓艨梢陨柚玫暮艽蠖罂缍鹊慕邮仗煜叱叨�。因此本发明能够实现大口径光学天线所具有的接收较大回波能量的优点同时也具备单一光学接收机较小光学天线尺寸所具有较大外差接收视场的特点，克服了同时要求大接收面积与大外差接收视场时光学天线尺度选择上的固有矛盾，特别是跨度大的等效接收面能够有效地克服激光散斑效应。本多通道光学接收机系统在结构上也很容易与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接收/发射天线系统。
背景技术：
合成孔径激光成像雷达(简称为光学SAR)是能够在远距离得到厘米量级成像分辨率的唯一的光学成像观察手段，其原理取之于射频领域的合成孔径雷达(简称为微波 SAR)原理，因为光学和微波的学科内容完全不同，光学SAR和微波SAR的实施方法和关键技术也完全不同。合成孔径激光成像雷达的天线采用光学望远镜，光学天线用于激光光束发射时其发散角相当于天线口径的衍射角，光学天线用于光学外差接收时其接收视场角也相当于天线口径的衍射角，在一般情况的设计下光学接收天线与光学发射天线的口径相同或者为同一个望远镜系统。参考下列文献(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)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，沘(5) :997-1000.(4)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.(5)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.
合成孔径激光成像雷达的发射激光发散角和外差接收视场角共同作用在目标面上的尺度或者面积称为光学足址。合成孔径激光成像雷达的设计上一般需要实现尽量大的光学足址，并且获得尽量大的目标回波能量，前者要求光学天线的孔径足够�。笳咭蠊庋煜叩目拙蹲愎淮螅� 因此光学天线口径大小的选择在光学足址和回波接收能量之间存在内在矛盾。应当注意， 合成孔径激光成像雷达在数据收集过程中激光散斑效应将造成目标点回波的附加相位和振幅波动，这将严重影响成像质量，而减弱散斑效应的重要途径是增大接收孔径的尺度，这又与大光学足址的需求产生矛盾。因此需要发明一种技术方案，其具有大能量接收能力的等效大尺度光学接收天线孔径，但是同时具有小尺度光学天线孔径的大的外差接收视场角，特别应当具有足够大的等效天线跨度而有效地克服目标回波的激光散斑效应。
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多通道光学接收机系统，以实现大口径光学天线所具有的接收较大回波能量的优点同时，兼具单一光学接收机较小光学天线具有较大外差接收视场的特点，以克服同时要求大接收面积与大外差接收视场时光学天线尺度选择上的固有矛盾，特别是跨度大的等效接收面可以有效地减弱激光散斑效应。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多通道光学接收机系统，特点在于其构成包括多个技术参数相同的并列的光学接收机通道，所述的光学接收机通道由依次的光学天线主镜、 光学外差探测器和图像处理器构成，所有光学接收机通道的输出图像由数字复合器进行相干叠加或者非相干叠加，最终产生合成孔径激光成像雷达的目标图像输出。所述的多通道的光学接收机的光学天线主镜位于同一个平面成矩阵排列，所述的光学天线主镜的中心间隔Dint与目标分辨单元决定的接收面激光散斑的平均尺寸
尉目当，即Dint Sspe，其中λ为激光波长，Sd为目标分辨单元尺度，R为雷达作
用距离。多通道光学接收机系统的等效光学天线接收面积相当于各光学接收机天线面积之和，外差接收视场等同于单一光学接收机的外差接收视�。惫庋Ы邮栈募涓艨梢陨柚玫暮艽�。因此本发明能够实现大口径光学天线所具有的接收较大回波能量的优点同时也具备单一光学接收机较小光学天线具有较大外差接收视场的特点，克服了同时要求大接收面积与大外差接收视场时光学天线尺度选择上的固有矛盾，特别是跨度大的等效接收面可以有效地减弱激光散斑效应。本多通道光学接收机系统在结构上也很容易与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接收/发射天线系统。本发明的合成孔径激光成像雷达的多通道光学接收机天线的技术效果(1)多通道光学接收机天线的等效接收面积为所有子孔径面积之和，可以获得与主镜尺度相等的功率接收效果。(2)多通道光学接收机天线的等效外差接收视场等同于单通道孔径的外差接收视�。捎谕獠罱邮帐映》幢扔诮邮粘叨龋虼吮痉⒚鞫嗤ǖ拦庋Ы邮仗煜叩牡刃獠罱邮帐映〉韧诘ヒ煌ǖ赖耐獠罱邮帐映。洞笥诙嗤ǖ拦庋Ы邮栈煜呒负纬叨染龆ǖ耐獠罱邮帐映�。 (3)具有相干和非相干叠加两种可能性。(3)结合上述两点，本发明的多通道光学接收机天线能够同时实现较大的接收面积和较大的接收视�。皇蔷弑副曜纪獠罱邮盏男灾剩唇邮彰婊蠖邮帐映⌒�。(4)本发明的多通道光学接收机天线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接收/发射天线系统。(5)各接收通道采用较小口径的天线望远镜，相对于等效尺度的单一大口径天线望远镜制造容易，特别是多通道光学接收机的接收通道之间的间隔能够容易无限制扩大， 有利于克服激光散斑效应。
图1是本发明合成孔径激光成像雷达的多孔径光学接收天线系统的示意图。
具体实施例方式下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。先请参阅图1，图1是本发明合成孔径激光成像雷达的多孔径光学接收天线系统的示意图。也是本发明合成孔径激光成像雷达的多孔径光学接收天线系统一个实施例的示意图，由图可见，本发明合成孔径激光成像雷达的多通道光学接收机系统结构，从目标回波光束1开始依次是并列的由光学接收天线主镜3和光学外差接收和处理机4构成的第一通道光学接收机、由光学接收天线主镜5和光学外差接收和处理机6构成的第二通道光学接收机、由光学接收天线主镜7和光学外差接收和处理机8构成的第三通道光学接收机和由光学接收天线主镜9和光学外差接收和处理机10构成的第四通道光学接收机，所述的光学接收机可以无限扩充，各个光学接收机处理完成的图像输出到数字复合器11进行相干叠加或者非相干叠加然后作为最终的图像输出12，该多通道光学接收机系统的坐标系统的中心点为2。下面对本发明多通道光学接收机系统进行分析设定多通道光学接收机系统的主镜面的主坐标系为(X，y)，坐标系统的中心点为 (0，0)，发射光束中心位置在(0，0)，目标点位置在(xt，yt)，接收通道的序号为i，通道总数为I，某一通道光学接收机的中心位置在(Xi, Yi),其坐标系为(Xi，yi)。设定所有通道的光学接收机的技术参数一致，光学接收天线主镜的孔径形状相同，通常设计下光学接收天线主镜的形状为圆形或矩形。设定t为光频信号的流程时间(相当于快时间)，设定tt为目标点的运动时间 (慢时间)，在时间起点(tt = 0)上目标的位置在(xt，Yt)，目标与雷达的相对运动速度为 v，则目标与主坐标系零点(x = 0，y = 0)即雷达的运动轨迹为Ut = Xt+vtt，yt = Yt)， 发射光束产生的在目标面上的照明空间相位二次项波前产生的目标点的空间相位历程为
权利要求
1.一种合成孔径激光成像雷达的多通道光学接收机系统，特征在于其构成包括多个技术参数相同的并列的光学接收机通道，所述的光学接收机通道由依次的光学天线主镜、光学外差探测器和图像处理器构成，所有光学接收机通道的输出图像由数字复合器进行相干叠加或者非相干叠加，最终产生合成孔径激光成像雷达的目标图像输出。
2.根据权利要求1所述的合成孔径激光成像雷达的多通道光学接收机系统，其特征在于所述的多通道的光学接收机的光学天线主镜位于同一个平面成矩阵排列，所述的光学天线主镜的中心间隔Dint与目标分辨单元决定的接收面激光散斑的平均尺寸民相
全文摘要
一种合成孔径激光成像雷达的多通道光学接收机系统，其构成包括多个技术参数相同的并列的光学接收机通道，所述的光学接收机通道由依次的光学天线主镜、光学外差探测器和图像处理器构成，所有光学接收机通道的输出图像由数字复合器进行相干叠加或者非相干叠加，最终产生合成孔径激光成像雷达的目标图像输出。本发明具有大口径光学天线接收较大回波能量的优点和单一光学接收机较小光学天线尺寸具有较大外差接收视场的特点，克服了同时要求大接收面积与大外差接收视场时光学天线尺度选择上的固有矛盾，特别是有效地克服激光散斑效应。本发明在结构上也很容易与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接收/发射天线系统。
文档编号G01S13/90GK102215062SQ20111007448
公开日2011年10月12日 申请日期2011年3月25日 优先权日2011年3月25日
发明者刘立人 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所
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