直視合成孔徑激光成像雷達本振增強接收裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種直視合成孔徑激光成像雷達本振增強接收裝置，用于直視合成孔 徑激光成像雷達中對信號光進行本振增強，以提高接收靈敏度，并通過聚焦透鏡聚焦信號 光，提高了接收視場，最后經處理電路輸出探測目標圖像。
【背景技術】
[0002] 合成孔徑激光成像雷達的原理取之于射頻領域的合成孔徑雷達原理，是能夠實現 厘米量級成像分辨率的唯一光學成像手段(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，光學學報，Vol.28,997~1000,2008)。傳統的合成孔徑激光成像雷達在側視 條件下實施距離向的距離分辨成像，在方位向實施孔徑合成，即側視合成孔徑激光成像雷 達。側視合成孔徑激光成像雷達采用光學外差接收，受大氣干擾、運動平臺振動、目標散斑 和激光雷達系統本身相位變化等影響很大，嚴重影響了側視合成孔徑激光成像雷達的實用 化。直視合成孔徑激光成像雷達采用波前變換原理對目標投射兩個同軸同心且偏振正交的 光束并且進行自差接收，能夠大大降低大氣、運動平臺、光雷達系統和散斑等相位變化和干 擾的影響，允許使用低質量的接收光學系統，不需要光學延時線，無需進行實時拍頻信號相 位同步，成像無陰影等優點（直視合成孔徑激光成像雷達原理，光學學報，Vol.32,0928002_ 1~8,2012)。
[0003] 先技術[1 ](劉立人，直視合成孔徑激光成像雷達，公開號:CN102435996)和先技術 [2](雙曲波前差自掃描直視合成孔徑激光成像雷達原理，光學學報，V〇1.35,0128001-l~ 10,2015)中使用自由空間光學橋接器接收直視合成孔徑激光成像雷達回波信號，但是由于 直視合成孔徑激光成像雷達接收的信號光強度較弱，該種方法不能顯著提高接收靈敏度。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于克服直視合成孔徑激光成像雷達探測靈敏度較低的問題，提出 一種適用于直視合成孔徑激光成像雷達的本振增強接收裝置，將本振光與信號光進行干 涉，通過增大本振光的入射光強度來提高接收系統的靈敏度，最終經處理電路輸出目標圖 像。
[0005] 本發明的技術解決方案如下：
[0006] -種直視合成孔徑激光成像雷達本振增強接收裝置，其構成包括:接收望遠鏡物 鏡、接收望遠鏡目鏡、聚焦透鏡、第一二分之一波片、第一偏振分束器、第二二分之一波片、 第二偏振分束器、第一探測器、第二探測器、第三二分之一波片、第三偏振分束器、第三探測 器、第四探測器、H-偏振平衡接收電路、V-偏振平衡接收電路、數據采集器、數字信號處理 器、圖像處理器。上述部件位置關系如下：
[0007] 所述的接收望遠鏡物鏡與接收望遠鏡目鏡組成接收望遠鏡系統，信號光經過接收 望遠鏡系統接收，通過聚焦透鏡聚焦到第一探測器、第二探測器、第三探測器和第四探測器 探測面上；
[0008] 所述的第一偏振分束器將信號光中偏振正交的H-偏振光和V-偏振光分解，H-偏振 光依次經過第二二分之一波片和第二偏振分束器分解為兩束光，分別輸出到第一探測器和 第二探測器上;V-偏振光依次經過第三二分之一波片和第三偏振分束器分解為兩束光，分 別輸出到第三探測器和第四探測器上；
[0009] 所述的第一偏振分束器將經過第一二分之一波片的本振光分為兩束光，其中一束 依次經過第二二分之一波片和第二偏振分束器分解為兩束光，分別輸出到第一探測器和第 二探測器上，并與第一探測器和第二探測器上的H-偏振光進行干涉；另一束依次經過第三 二分之一波片和第三偏振分束器分解為兩束光，分別輸出到第三探測器和第四探測器上， 與第三探測器和第四探測器上的V-偏振光進行干涉；
[0010] 所述的H-偏振平衡接收電路接收第一探測器和第二探測器輸出信號，V-偏振平衡 接收電路接收第三探測器和第四探測器輸出信號；
[0011] 所述的數據采集器采集H-偏振平衡接收電路和V-偏振平衡接收電路輸出信號，并 轉化為數字信號輸出到數字信號處理器中進行數字信號處理，數字信號處理器處理后的信 號輸出到圖像處理器中顯示目標圖像。
[0012] 所述的探測器可以為單點探測器、四象限探測器或陣列探測器。
[0013] 所述的偏振分束器均為對入射的水平偏振光透射，垂直偏振光反射。
[0014] 所述的第二二分之一波片的光軸方向和入射線偏振光偏振方向之間角度設置，和 所述的第三二分之一波片的光軸方向和入射線偏振光偏振方向之間角度設置，均使得透射 光的偏振方向旋轉45度或135度。
[0015] 本發明具有如下特點：
[0016] 1、本發明所述的聚焦透鏡將信號光聚焦到探測器上，提高接收視場。
[0017] 2、本發明所述的第一偏振分束器將信號光中偏振正交的H-偏振光和V-偏振光分 解，引入強度較強的本振光分別與強度較弱的H-偏振光和V-偏振光進行干涉，對H-偏振光 和V-偏振光進行本振增強，提高接收靈敏度。
[0018] 3.本發明所述的H-偏振平衡接收電路和V-偏振平衡接收電路將探測器接收的信 號進行平衡接收，消除共模噪聲，提高接收信噪比。
[0019] 4、本發明所述的探測器可以是單點光電探測器，也可以是四象限光電探測器或陣 列光電探測器，以實現對信號光和本振光相干光場的分割，進一步增大接收大視場，提高接 收靈敏度。
[0020] 本發明的技術效果：
[0021 ]本發明用于直視合成孔徑激光成像雷達接收并處理探測目標回波信號，采用偏振 分束器將直視合成孔徑激光成像雷達探測目標回波信號中H-偏振光和V-偏振光進行分離， 并分別與較強的本振光進行干涉，采用聚焦透鏡將接收的信號光聚焦到探測器上，并用平 衡接收電路對探測器接收的信號進行平衡接收，通過數據采集器采集平衡接收信號，經過 數字信號處理器和圖像處理器最終顯示出探測目標圖像。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明直視合成孔徑激光成像雷達本振增強接收裝置結構圖。
【具體實施方式】
[0023] 下面結合附圖和實施例對本發明進一步詳細說明，但不應以此限制本發明的保護 范圍。
[0024] 先參閱圖1，圖1是本發明直視合成孔徑激光成像雷達本振增強接收裝置結構圖。 由圖1可見，一種直視合成孔徑激光成像雷達本振增強接收裝置，其構成包括:接收望遠鏡 物鏡11、接收望遠鏡目鏡12、聚焦透鏡13、第一二分之一波片14、第一偏振分束器15、第二二 分之一波片16、第二偏振分束器17、第一探測器18、第二探測器19、第三二分之一波片20、第 三偏振分束器21、第三探測器22、第四探測器23、H-偏振平衡接收電路24、V-偏振平衡接收 電路25、數據采集器26、數字信號處理器27、圖像處理器28。上述部件位置關系如下：
[0025]所述的接收望遠鏡物鏡11與接收望遠鏡目鏡12組成接收望遠鏡系統，信號光經過 接收望遠鏡系統接收，通過聚焦透鏡13射入第一偏振分束器15,該第一偏振分束器15將信 號光中偏振正交的H-偏振光和V-偏振光分解，H-偏振光經第二二分之一波片16后，射入第 二偏振分束器17,并通過第二偏振分束器17分解為兩束，分別聚焦到第一探測器18和第二 探測器19上;V-偏振光經第三二分之一波片20后，射入第三偏振分束器21，并通過該第三偏 振分束器21分解為兩束，分別聚焦到第三探測器22和第四探測器23上;本振光依次經過第 一二分之一波片14和第一偏振分束器15分為兩束光，其中一束依次經過第二二分之一波片 16和第二偏振分束器17分解為兩束光，分別輸出到第一探測器18和第二探測器19上，并與 第一探測器18和第二探測器19上的H-偏振光進行干涉；另一束依次經過第三二分之一波片 20和第三偏振分束器21分解為兩束光，分別輸出到第三探測器22和第四探測器23上，與第 三探測器22和第四探測器23上的V-偏振光進行干涉;H-偏振平衡接收電路24接收第一探測 器18和第二探測器19輸出信號，V-偏振平衡接收電路25接收第三探測器22和第四探測器23 輸出信號，數據采集器26采集H-偏振平衡接收電路24和V-偏振平衡接收電路25輸出信號， 并轉化為數字信號輸出到數字信號處理器27中進行數字信號處理，數字信號處理器27處理 后的信號輸出到圖像處理器28中顯示目標圖像。
[0026] 所述的偏振分束器均為對入射的水平偏振光透射，垂直偏振光反射。
[0027] 所述的第二二分之一波片的光軸方向和入射線偏振光偏振方向之間角度設置，和 所述的第三二分之一波片的光軸方向和入射線偏振光偏振方向之間角度設置，均使得透射 光的偏振方向旋轉45度或135度。
[0028] 直視合成孔徑激光成像雷達工作狀態是其光軸垂直對準目標面，雷達搭載平臺的 運動方向為順軌方向（記為y方向），順軌的正交方向為交軌方向（記為X方向），光軸方向為 雷達的直視方向（記為z方向）。雷達搭載平臺的運動在交軌向產生與目標橫向位置成正比 的線性相位項調制，同時在順軌向產生以目標縱向位置為中心的可控二次項相位歷程，因 此直視合成孔徑激光成像雷達的發射光束為具有空間拋物相位波前差的同軸偏轉正交偏 振的發射雙光束，其中H-偏振光（水平偏振光）傳播的光路為H-通道，V-偏振光（垂直偏振 光)傳播的光路為H-通道。可以分析一個在交軌向坐標為x P，在順軌向坐標為y p的目標點的 成像來解釋整個目標的成像過程。
[0029] 目標點（Xp，yp)在接收望遠鏡物鏡11上的回波信號為兩個等強度的偏振正交的H-偏振光和V-偏振光，可以表不為：
[0030]
[0031]
[0032] 回波信號的空間相位差為：
[0033]
[0034] 直視合成孔徑激光成像雷達回波信號的空間相位差包含交軌向的線性相位項調 制和順軌向的相位二次項歷程，可以表示為如下形式：
[0035]
[0036] 其中，X