差分干涉合成孔徑激光三維成像雷達(dá)收發(fā)裝置制造方法
【專利摘要】一種差分干涉合成孔徑激光三維成像雷達(dá)收發(fā)裝置，用于發(fā)射和接收合成孔徑激光雷達(dá)信號(hào)光。本裝置由發(fā)射天線，第一差分接收天線，第二差分接收天線構(gòu)成。本發(fā)明通過接收天線的差分結(jié)構(gòu)可以有效抑制光學(xué)相位誤差，可以有效抑制雷達(dá)平臺(tái)振動(dòng)，激光器頻率不穩(wěn)定，湍流帶來的相位誤差。
【專利說明】差分干涉合成孔徑激光三維成像雷達(dá)收發(fā)裝置 【技術(shù)領(lǐng)域】
[〇〇〇1] 本發(fā)明涉及合成孔徑激光三維成像雷達(dá)，特別是一種差分干涉合成孔徑激光三維 成像雷達(dá)收發(fā)裝置。 【背景技術(shù)】
[0002] 在真實(shí)口徑不超過數(shù)米的前提下，合成孔徑激光成像雷達(dá)是唯一在1000km以上實(shí) 現(xiàn)厘米級(jí)分辨率的方案（參見先技術(shù)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(xué)遙感技術(shù)受限于自身真實(shí)口徑的大小，遠(yuǎn)距離觀測(cè)時(shí)，如不通過圖像增強(qiáng)技術(shù)， 以及先驗(yàn)知識(shí)，很難獲得較高的分辨率，而合成孔徑激光成像雷達(dá)在距離向通過寬帶寬激 光器，在方位向通過合成孔徑技術(shù)在遠(yuǎn)距離可獲得極高的分辨率。合成孔徑激光成像雷達(dá) 相對(duì)于微波合成孔徑雷達(dá)，其成像時(shí)間更短，若使用光學(xué)處理方案，可實(shí)現(xiàn)回波數(shù)據(jù)的快 速處理，而微波合成孔徑雷達(dá)回波數(shù)據(jù)處理速度較慢（參見先技術(shù)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(shù)[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(dá)的干涉方案，由于合成孔 徑激光成像雷達(dá)使用的是1550nm通信波段，其對(duì)相位擾動(dòng)相對(duì)微波合成孔徑雷達(dá)來說，非 常敏感，因此微波合成孔徑雷達(dá)的干涉體制不適用于合成孔徑激光成像雷達(dá)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明是克服上述技術(shù)中現(xiàn)有的困難，提供一種差分干涉合成孔徑激光三維成 像雷達(dá)收發(fā)裝置，該裝置包含較少的光學(xué)器件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，原理可靠，易于實(shí)現(xiàn)。可實(shí)現(xiàn) 斜側(cè)視條帶模式下的合成孔徑激光雷達(dá)的三維成像。
[0004] 本發(fā)明的結(jié)構(gòu)描述如下：
[0005] -種差分干涉合成孔徑激光三維成像雷達(dá)收發(fā)裝置，其特點(diǎn)在于該裝置由發(fā)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(gòu)成；所述的第一差分接收天線由 第一差分接收天線擴(kuò)束器、第一差分接收天線直角棱鏡、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(cè)器、第一差分接收天線第二 平衡探測(cè)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(kuò)束器、第二差分接收天線直角棱 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(cè)器、第二差分接收天線第二平衡探測(cè)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(diào)諧激光器、、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(fā)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(jìn)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(gè)回波信號(hào)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(hào)，第二差分天線第二子口徑回波信號(hào)的兩個(gè) 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(fā)射口徑位于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棱鏡和第二差分接收天線直角棱鏡的兩直角邊鍍膜，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(hào)入射位置和第一差分接收天線第一本振信號(hào)入射位置設(shè)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(hào)入射位 置和第一差分接收天線第二本振信號(hào)入射位置設(shè)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(hào)入射位置和第二 差分接收天線第一本振信號(hào)入射位置設(shè)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(hào)入射位置和第二差分接收 天線第二本振信號(hào)入射位置設(shè)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(diào)諧激光器發(fā)射一束激光，經(jīng)第一 1x2分束器，99%的能量用于發(fā)射口 徑發(fā)射信號(hào)，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(hào)，第二差分接收天線入射信號(hào)。
[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(hào)，經(jīng)第一差分接收天 線擴(kuò)束器照射到第一差分接收天線直角棱鏡的兩直角邊，分別反射進(jìn)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(hào)與第一差分 接收天線第一子口徑回波信號(hào)在第一差分接收天線第一橋接器內(nèi)干涉，并平均分成能量相 等的兩路光，由第一差分接收天線第一平衡探測(cè)器探測(cè)接收。第一差分接收天線第二本振 信號(hào)與第一差分接收天線第二子口徑回波信號(hào)在第一差分接收天線第二平衡探測(cè)器內(nèi)干 涉，并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(cè)器探測(cè)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(hào)，經(jīng)過第二差分接 收天線擴(kuò)束器照射到第二差分接收天線直角棱鏡的兩直角邊，分別反射進(jìn)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(hào)與第二 差分接收天線第一子口徑回波信號(hào)在第二差分接收天線第一橋接器內(nèi)干涉，并平均分成 能量相等的兩路光，由第二差分接收天線第一橋接器探測(cè)接收。第二差分接收天線第二本 振信號(hào)與第二差分接收天線第二子口徑回波信號(hào)在第二差分接收天線第二橋接器內(nèi)干涉， 并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(cè)器探測(cè)接收。
[0019] 所述的橋接器在先技術(shù)[4周煜，萬玲玉，職亞楠，欒竹，孫建鋒，and劉立人， 相位補(bǔ)償偏振分光2x490°自由空間光學(xué)橋接器.光學(xué)學(xué)報(bào)，2009. 20 (12)]中詳細(xì)介紹了 結(jié)構(gòu)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(zhǎng)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(zhǎng)度為1。 方位向采樣間隔々，滿足下面等式，
【權(quán)利要求】
1. 一種差分干涉合成孔徑激光三維成像雷達(dá)收發(fā)裝置，其特點(diǎn)在于該裝置由發(fā)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(gòu)成； 所述的第一差分接收天線（37)由第一差分接收天線擴(kuò)束器（7)、第一差分接收天線直 角棱鏡（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(cè)器（11)、第一差分接收天線第二平衡探測(cè)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(kuò)束器（20)、第二差分接收天線 直角棱鏡（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(cè)器（24)、第二差分接收天線第二平衡探測(cè)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(diào)諧激光器（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(fā)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(jìn)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(gè)回波信號(hào)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(hào)（28)，第二差分天線第二子口徑回 波信號(hào)（29)的兩個(gè)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(fā)射口徑（1)位于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(jù)權(quán)利要求1所述的差分干涉合成孔徑激光三維成像雷達(dá)收發(fā)裝置，其特征在于 第一差分接收天線直角棱鏡（8)和第二差分接收天線直角棱鏡（21)的兩直角邊鍍膜，以滿 足入射光的全反射條件。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的差分干涉合成孔徑激光三維成像雷達(dá)收發(fā)裝置，其特征在 于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(hào) (15)入射位置和第一差分接收天線第一本振信號(hào)（17)入射位置設(shè)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(hào)（16)入射位置和第一差分接收天線第二本振信號(hào)（18)入射位置設(shè)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(hào)（28)入射位置和第二差分接收天線第一本振信號(hào)（30)入射位置設(shè)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(hào)（29)入射位置和第二差分接收天線第二本振信號(hào)（31)入射位置設(shè)置 光闌，以保證濾除雜散光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的差分干涉合成孔徑激光三維成像雷達(dá)收發(fā)裝置， 其特征在于所述的第一 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(hào)】G01S7/481GK104111451SQ201410353015
【公開日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月23日
【發(fā)明者】孫建鋒, 張寧, 劉立人, 周煜, 孫志偉, 盧智勇 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所