差分幹涉合成孔徑雷射三維成像雷達收發裝置製造方法

2023-06-05 04:05:21

差分幹涉合成孔徑雷射三維成像雷達收發裝置製造方法
【專利摘要】一種差分幹涉合成孔徑雷射三維成像雷達收發裝置，用於發射和接收合成孔徑雷射雷達信號光。本裝置由發射天線，第一差分接收天線，第二差分接收天線構成。本發明通過接收天線的差分結構可以有效抑制光學相位誤差，可以有效抑制雷達平臺振動，雷射器頻率不穩定，湍流帶來的相位誤差。
【專利說明】差分幹涉合成孔徑雷射三維成像雷達收發裝置 【技術領域】
[〇〇〇1] 本發明涉及合成孔徑雷射三維成像雷達，特別是一種差分幹涉合成孔徑雷射三維 成像雷達收發裝置。 【背景技術】
[0002] 在真實口徑不超過數米的前提下，合成孔徑雷射成像雷達是唯一在1000km以上實 現釐米級解析度的方案（參見先技術1. Robert L. Lucke, Lee J. Rickard, etc.，Synthetic Aperture Ladar(SAL):Fundamental Theory, Design Equations for a Satellite System, and Laboratory Demonstration. Naval Research Laboratory, Dec. 26,2002. )〇 普通的光學遙感技術受限於自身真實口徑的大小，遠距離觀測時，如不通過圖像增強技術， 以及先驗知識，很難獲得較高的解析度，而合成孔徑雷射成像雷達在距離向通過寬帶寬激 光器，在方位向通過合成孔徑技術在遠距離可獲得極高的解析度。合成孔徑雷射成像雷達 相對於微波合成孔徑雷達，其成像時間更短，若使用光學處理方案，可實現回波數據的快 速處理，而微波合成孔徑雷達回波數據處理速度較慢（參見先技術2 Zhiwei Sun，Peipei Hou,Ya nan Zhi, Jianfeng Sun, Yu Zhou, Qian Xu, Zhiyong Lu, and Liren Liu, Optical image processing for synthetic-aperture imaging ladar based on two -dimensional Fourier transform. Applied Optics, 2014. 53 (9) :p. 1846 - 1855.)。在先技術[31^· C. Graham, Synthetic interferometer radar for topographic mapping. Proceedings of the IEEE，1974. 62(6) :p. 763 - 768.]中提出了微波合成孔徑雷達的幹涉方案，由於合成孔 徑雷射成像雷達使用的是1550nm通信波段，其對相位擾動相對微波合成孔徑雷達來說，非 常敏感，因此微波合成孔徑雷達的幹涉體制不適用於合成孔徑雷射成像雷達。
【發明內容】

[0003] 本發明是克服上述技術中現有的困難，提供一種差分幹涉合成孔徑雷射三維成 像雷達收發裝置，該裝置包含較少的光學器件，結構簡單緊湊，原理可靠，易於實現。可實現 斜側視條帶模式下的合成孔徑雷射雷達的三維成像。
[0004] 本發明的結構描述如下：
[0005] -種差分幹涉合成孔徑雷射三維成像雷達收發裝置，其特點在於該裝置由發射天 線、第一差分接收天線、第二差分接收天線和分束器部分構成；所述的第一差分接收天線由 第一差分接收天線擴束器、第一差分接收天線直角稜鏡、第一差分接收天線第一橋接器、第 一差分接收天線第二橋接器、第一差分接收天線第一平衡探測器、第一差分接收天線第二 平衡探測器、第一差分接收天線第一遮光罩和第一差分接收天線第二遮光罩組成；
[〇〇〇6] 所述的第二差分接收天線由第二差分接收天線擴束器、第二差分接收天線直角稜 鏡、第二差分接收天線第一橋接器、第二差分接收天線第二橋接器、第二差分接收天線第一 平衡探測器、第二差分接收天線第二平衡探測器、第二差分接收天線第一遮光罩和第二差 分接收天線第二遮光罩組成；
[0007] 所述的分束器部分由可調諧雷射器、、第一 1x2分束器、和第二1x2分束器、組成；
[0008] 所述的分束器部分與發射天線、第一差分接收天線、第二差分接收天線通過光纖 光路或者空間元件形成的光路進行連接；
[0009] 所述的第一差分接收天線第一子口徑與第一差分接收天線第二子口徑是第一差 分接收天線是兩個回波信號的接收口徑；
[〇〇1〇] 所述的第二差分接收天線第一子口徑與第二差分接收天線第二子口徑是第二差 分接收天線第二差分天線第一子口徑回波信號，第二差分天線第二子口徑回波信號的兩個 接收口徑；
[〇〇11] 所述的第一差分接收天線第一子口徑與第一差分接收天線第二子口徑沿順軌向 排布，第二差分接收天線第一子口徑與第二差分接收天線第二子口徑沿順軌向排布，第一 差分接收天線第一子口徑與第二差分接收天線第一子口徑沿交軌向排布，第一差分接收天 線第二子口徑與第二差分接收天線第二子口徑沿交軌向排布；
[0012] 所述的發射口徑位於第一差分接收天線第一子口徑、第一差分接收天線第二子口 徑、第二差分接收天線第一子口徑和第二差分接收天線第二子口徑的中心位置。
[0013] 第一差分接收天線直角稜鏡和第二差分接收天線直角稜鏡的兩直角邊鍍膜，以滿 足入射光的全反射條件。
[0014] 所述第一差分接收天線第一遮光罩分別在第一差分接收天線第一子口徑回波信 號入射位置和第一差分接收天線第一本振信號入射位置設置光闌，以保證濾除雜散光；所 述的第一差分接收天線第二遮光罩分別在第一差分接收天線第二子口徑回波信號入射位 置和第一差分接收天線第二本振信號入射位置設置光闌，以保證濾除雜散光；所述的第二 差分接收天線第一遮光罩分別在第二差分接收天線第一子口徑回波信號入射位置和第二 差分接收天線第一本振信號入射位置設置光闌，以保證濾除雜散光；所述的第二差分接收 天線第二遮光罩分別在第二差分接收天線第二子口徑回波信號入射位置和第二差分接收 天線第二本振信號入射位置設置光闌，以保證濾除雜散光。
[0015] 所述的第一 1x2分束器分束比為99:1，所述的第二1x2分束器的分束比為1:1。
[〇〇16] 所述的可調諧雷射器發射一束雷射，經第一 1x2分束器，99%的能量用於發射口 徑發射信號，1 %通過第二1x2分束器平均分為兩路，分別作為第一差分接收天線入射信 號，第二差分接收天線入射信號。
[0017] 所述的第一差分接收天線接收到第一差分接收天線入射信號，經第一差分接收天 線擴束器照射到第一差分接收天線直角稜鏡的兩直角邊，分別反射進入第一差分接收天線 第一橋接器和第一差分接收天線第二橋接器。第一差分接收天線第一本振信號與第一差分 接收天線第一子口徑回波信號在第一差分接收天線第一橋接器內幹涉，並平均分成能量相 等的兩路光，由第一差分接收天線第一平衡探測器探測接收。第一差分接收天線第二本振 信號與第一差分接收天線第二子口徑回波信號在第一差分接收天線第二平衡探測器內幹 涉，並平均分成能量相等的兩路光，由第一差分接收天線第二平衡探測器探測接收。
[0018] 所述的第二差分接收天線接收到的第二差分接收天線入射信號，經過第二差分接 收天線擴束器照射到第二差分接收天線直角稜鏡的兩直角邊，分別反射進入第二差分接收 天線第一橋接器和第二差分接收天線第二橋接器。第二差分接收天線第一本振信號與第二 差分接收天線第一子口徑回波信號在第二差分接收天線第一橋接器內幹涉，並平均分成 能量相等的兩路光，由第二差分接收天線第一橋接器探測接收。第二差分接收天線第二本 振信號與第二差分接收天線第二子口徑回波信號在第二差分接收天線第二橋接器內幹涉， 並平均分成能量相等的兩路光，由第二差分接收天線第二平衡探測器探測接收。
[0019] 所述的橋接器在先技術[4周煜，萬玲玉，職亞楠，欒竹，孫建鋒，and劉立人， 相位補償偏振分光2x490°自由空間光學橋接器.光學學報，2009. 20 (12)]中詳細介紹了 結構與功能。
[0020] 第一差分接收天線第一子口徑與第一差分接收天線第二子口徑的中心連線長度 為1，第二差分接收天線第一子口徑與第二差分接收天線第二子口徑的中心連線長度為1。 方位向採樣間隔々，滿足下面等式，
【權利要求】
1. 一種差分幹涉合成孔徑雷射三維成像雷達收發裝置，其特點在於該裝置由發射天線 (36)、第一差分接收天線（37)、第二差分接收天線（38)和分束器部分構成； 所述的第一差分接收天線（37)由第一差分接收天線擴束器（7)、第一差分接收天線直 角稜鏡（8)、第一差分接收天線第一橋接器（9)、第一差分接收天線第二橋接器（10)、第一 差分接收天線第一平衡探測器（11)、第一差分接收天線第二平衡探測器（12)、第一差分接 收天線第一遮光罩（13)和第一差分接收天線第二遮光罩（14)組成； 所述的第二差分接收天線（38)由第二差分接收天線擴束器（20)、第二差分接收天線 直角稜鏡（21)、第二差分接收天線第一橋接器（22)、第二差分接收天線第二橋接器（23)、 第二差分接收天線第一平衡探測器（24)、第二差分接收天線第二平衡探測器（25)、第二差 分接收天線第一遮光罩（26)和第二差分接收天線第二遮光罩（27)組成； 所述的分束器部分由可調諧雷射器（33)、第一 1x2分束器（34)和第二1x2分束器（35) 組成； 所述的分束器部分與發射天線（36)、第一差分接收天線（37)、第二差分接收天線（38) 通過光纖光路或者空間元件形成的光路進行連接； 所述的第一差分接收天線第一子口徑（2)與第一差分接收天線第二子口徑（3)是第一 差分接收天線（37)是兩個回波信號的接收口徑； 所述的第二差分接收天線第一子口徑（4)與第二差分接收天線第二子口徑（5)是第二 差分接收天線（38)第二差分天線第一子口徑回波信號（28)，第二差分天線第二子口徑回 波信號（29)的兩個接收口徑； 所述的第一差分接收天線第一子口徑（2)與第一差分接收天線第二子口徑（3)沿順 軌向排布，第二差分接收天線第一子口徑（4)與第二差分接收天線第二子口徑（5)沿順軌 向排布，第一差分接收天線第一子口徑（2)與第二差分接收天線第一子口徑（4)沿交軌向 排布，第一差分接收天線第二子口徑（3)與第二差分接收天線第二子口徑（5)沿交軌向排 布； 所述的發射口徑（1)位於第一差分接收天線第一子口徑（2)、第一差分接收天線第二 子口徑（3)、第二差分接收天線第一子口徑（4)和第二差分接收天線第二子口徑（5)的中心 位置。
2. 根據權利要求1所述的差分幹涉合成孔徑雷射三維成像雷達收發裝置，其特徵在於 第一差分接收天線直角稜鏡（8)和第二差分接收天線直角稜鏡（21)的兩直角邊鍍膜，以滿 足入射光的全反射條件。
3. 根據權利要求1所述的差分幹涉合成孔徑雷射三維成像雷達收發裝置，其特徵在 於所述第一差分接收天線第一遮光罩（13)分別在第一差分接收天線第一子口徑回波信號 (15)入射位置和第一差分接收天線第一本振信號（17)入射位置設置光闌，以保證濾除雜 散光；所述的第一差分接收天線第二遮光罩（14)分別在第一差分接收天線第二子口徑回 波信號（16)入射位置和第一差分接收天線第二本振信號（18)入射位置設置光闌，以保證 濾除雜散光；所述的第二差分接收天線第一遮光罩（26)分別在第二差分接收天線第一子 口徑回波信號（28)入射位置和第二差分接收天線第一本振信號（30)入射位置設置光闌， 以保證濾除雜散光；所述的第二差分接收天線第二遮光罩（27)分別在第二差分接收天線 第二子口徑回波信號（29)入射位置和第二差分接收天線第二本振信號（31)入射位置設置 光闌，以保證濾除雜散光。
4.根據權利要求1至3任一項所述的差分幹涉合成孔徑雷射三維成像雷達收發裝置， 其特徵在於所述的第一 1x2分束器（34)分束比為99:1，所述的第二1x2分束器（35)的分 束比為1:1。
【文檔編號】G01S7/481GK104111451SQ201410353015
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月23日 優先權日:2014年7月23日
【發明者】孫建鋒, 張寧, 劉立人, 周煜, 孫志偉, 盧智勇 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所