一種基于M序列相位編碼和正交偏振復用的合成孔徑激光成像雷達，其構成包括單頻激光光源、發射偏振分束器、光學寬帶相位調制器、水平偏振光路變換鏡、垂直偏振光路變換鏡、偏振器、發射偏振合束器，發射主鏡；接收偏振分束器、2×490°光學橋接器、同相通道平衡探測器、同相通道模數轉換器、90°相移通道平衡探測器、90°相移通道模數轉換器、信號處理電路與控制計算機。本發明專利技術除擁有直視合成孔徑激光成像雷達能消除大氣、運動平臺等引入的相位誤差等優點外，還能自動消除平臺連續運動引入的多普勒頻移。本發明專利技術利用相位編碼信號獲得距離向信息，能獲得較高的激光脈沖重頻率、實時調節距離向分辨率、無直視SAIL中由機械相對掃描引入誤差等優點。
【技術實現步驟摘要】
基于M序列相位編碼和正交偏振復用的合成孔徑激光成像雷達
本專利技術涉及合成孔徑激光成像雷達，更具體地說，是一種基于M序列相位編碼和正交偏振復用的合成孔徑成像雷達。
技術介紹
在合成孔徑激光成像雷達(SAIL)中，通常發射線性調頻脈沖來取得距離向信息，在方位向則利用平臺移動形成與目標點方位向位置有關的二次相位信息；在距離向傳統SAIL利用回波脈沖與本地線性調頻信號的外差接收并對差頻信號做傅里葉變換取得距離向信息，在方位向則對不同位置接收到的光場復信號做匹配濾波得到方位向信息。這種方式的SAIL由于常常采用調諧脈沖激光器產生脈沖線性調頻信號，受激光器硬件條件的限制，在取得較大調諧范圍從而獲得較高距離向分辨率的條件下其脈沖重復頻率(PRF)不能達到很高的值，較低的PRF會影響方位向的成像質量；另外線性調頻的激光脈沖信號還易受到非線性啁啾的影響，影響距離向的成像質量。利用對激光脈沖信號進行相位編碼的方式取得距離向信息能夠取得很高的PRF，并且外調制具有很高的靈活性，可以通過子脈沖的時間寬度實時調節系統的距離向分辨率。但是多數相位編碼信號易受到平臺連續運動引入的多普勒頻移的影響，導致距離向匹配濾波不能有效聚焦，Frank編碼信號雖然一定程度上能克服這種影響，但是其在光波外調制的實現上需要多階梯調制電壓，實現困難。直視合成孔徑激光雷達(Down-looking SAIL)利用相對掃描的空間拋物面波前獲得與目標點距離向位置成正比的線性相位調制項，在方位向上在同軸正交偏振兩個方向發射不同曲率半徑的拋物面波前，采用同軸正交偏振接收，兩路光束進入2X490°光學橋接器，輸出光束兩兩平衡探測接收，獲得位置復數信號。直視SAIL能夠實現正下視的工作模式，但同軸對掃的機械結構較為復雜，且由于機械掃描速度的限制，也不能取得較高PRF，這是限制目前直視SAIL高分辨率成像的問題之一。
技術實現思路
本專利技術針對傳統側視SAIL和直視SAIL的技術優缺點，提出一種基于M序列相位編碼和正交偏振復用的合成孔徑成像雷達，并根據新方法設計了一種實現裝置。本專利技術在H偏振方向(或V偏振方向)上對發射脈沖進行基于M序列的相位編碼調制，在V偏振方向(或H偏振方向)上不進行相位調制，并利用柱面鏡(或其它在方位向上變換發射波前曲率半徑的拋物面波前變換系統)將上述兩個正交偏振方向上的光束波前變換為曲率半徑不同的二次拋物曲面，發射同軸正交偏振光束。目標反射回波偏振自差接收，通過2X490°光學橋接器正交平衡探測并復數數字化后，在距離向(即快時間域)和方位向(即慢時間域)分別通過匹配濾波的方式求出位置信息。本專利技術的技術解決方案如下:一種基于M序列相位編碼的正交偏振復用合成孔徑激光成像雷達，其特點在于由發射端、接收端和控制與信號處理電路構成:所述的發射端包括激光光源，沿該激光光源的激光輸出方向依次是發射偏振分束器、水平偏振光路寬帶相位調制器、水平偏振器、水平偏振光路變換鏡、垂直偏振光路變換鏡、發射偏振合束器和發射主鏡；所述的激光光源的輸出激光經所述的發射偏振分束器分為水平偏振光束和垂直偏振光束，所述的水平偏振光束經水平偏振光路寬帶相位調制器進行基于M序列的相位編碼調制，再通過水平偏振器控制其偏振狀態，然后通過變換鏡改變其波前曲率半徑進入所述的發射偏振合束器；所述的垂直偏振光束經過垂直偏振光路變換鏡改變其波前曲率半徑進入所述的發射偏振合束器，兩路偏振光束經所述的發射偏振合束器合束后形成同軸正交偏振光束由發射主鏡發射到目標平面上；所述的接收端包括接收主鏡、接收偏振分束器、2X490°光學橋接器、同相通道平衡探測器、90°相移通道平衡探測器、同相通道模數轉換器、90°相移通道模數轉換器和復數化處理器；目標回波由所述的接收主鏡接收，被接收的光束經過接收偏振分束器分為水平偏振和垂直偏振兩路光束，兩路光束通過2X490°光學橋接器,輸出四路相互相移90°的同軸干涉光束對，其中0°和180°的兩路光束由同相通道平衡探測器接收，90°和270°的兩路光束由90°相移通道平衡探測器接收，同相通道平衡探測器的輸出信號由同相通道模數轉換器轉換為數字信號，90°相移通道平衡探測器的輸出信號由90°相移通道模數轉換器轉換為數字信號，同相通道模數轉換器和90°相移通道模數轉換器輸出的數字信號由復數化處理器處理輸出復數數字信號，輸出的數字信號通過信號處理電路處理得到目標的數字圖像。所述的水平偏振變換鏡由水平光束偏轉器和凸柱面鏡構成。所述的垂直偏振變換鏡由垂直光束偏轉器和凹柱面鏡構成。本專利技術具有如下特點:1、本專利技術提供一種利用基于M序列的相位編碼調制激光脈沖獲得目標距離向位置信息的合成孔徑激光成像雷達，外調制的方式相較于線性調頻激光器具有較大的脈沖重復頻率、較為靈活的參數設置、無需光學延時線以及免受線性調頻信號中非線性啁啾的影響等特點。2、本專利技術基于正交偏振復用，在兩個偏振方向發射不同曲率半徑的拋物波面，利用自差接收探測，在順軌向形成二次相位歷程，并通過匹配濾波成像；偏振復用自差接收的方式不僅具有直視SAIL自動消除相位誤差等優點，而且能夠有效去除平臺連續運動引入的多普勒頻移對相位調制信號匹配濾波的影響。3、本專利技術的距離分辨率可以根據相位調制光脈沖子脈沖寬度靈活調節，方位向分辨率隨距離增加而增大。本專利技術的技術效果如下:1、本專利技術由于采用了同軸自差接收，大大降低了大氣、運動平臺等相位誤差的影響，提高了雷達系統的魯棒性。2、本專利技術由于采用外相位調制及自差接收解調，無需額外引入本地信號進行外差接收，避免了初始脈沖相位同步的問題。3、本專利技術采用自差接收，無需傳統SAIL中的光學延時線。4、本專利技術采用外相位調制方式，不需要頻率線性啁啾，可以采用具有單頻單模性質的激光光源，擴展了可用波長與激光輸出功率，并且與直視SAIL相比，外相位調制提高了激光的脈沖重復頻率。5、本專利技術由于采用了同軸自差接收，與單純的相位調制編碼激光雷達相比，能夠有效去除由于平臺連續運動引入的多普勒頻移對相位編碼脈沖距離向壓縮的影響。【附圖說明】圖1為本專利技術基于M序列相位編碼和正交偏振復用的合成孔徑激光成像雷達原理示意圖。圖2與圖3為本專利技術基于M序列相位編碼的正交偏振復用合成孔徑激光成像雷達的一個實施例的結構圖。【具體實施方式】下面結合附圖和實施例作進一步詳細說明，但不應以此限制本專利技術的保護范圍。圖1是基于M序列相位編碼和正交偏振復用的合成孔徑激光成像雷達的原理示意圖。由圖可見，本專利技術基于M序列相位編碼和正交偏振復用的合成孔徑激光成像雷達包括發射端、接收端和控制及信號處理電路構成。所述的發射端包括:單頻、單模激光器1、發射偏振分束器2、水平偏振光路寬帶相位調制器3、水平偏振器4、水平偏振光路變換鏡5、垂直偏振光路變換鏡6、發射偏振合束器7和發射主鏡8 ;所述的接收端包括接收主鏡9、接收偏振分束器10、2X490°光學橋接器11、同相通道平衡探測器12、90°相移通道平衡探測器13、同相通道模數轉換器14、90°相移通道模數轉換器15、復數化處理器16和控制及信號處理電路17。圖2是上述原理圖的一個實施例結構圖。激光光源輸出的偏振光束經過發射偏振分束棱鏡分為H偏振光路與V偏振光路，其中H偏振光束通過寬帶相位調制器，其相位本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于M序列相位編碼和正交偏振復用的合成孔徑激光成像雷達，其特征在于由發射端、接收端和控制與信號處理電路構成：所述的發射端包括激光光源(1)，沿該激光光源(1)的激光輸出方向依次是、發射偏振分束器(2)、水平偏振光路寬帶相位調制器(3)、水平偏振器(4)、水平偏振光路變換鏡(5)、垂直偏振光路變換鏡(6)、發射偏振合束器(7)和發射主鏡(8)；所述的激光光源(1)的輸出激光經所述的發射偏振分束器(2)分為水平偏振光束和垂直偏振光束，所述的水平偏振光束經水平偏振光路寬帶相位調制器(3)進行基于M序列的相位編碼調制，再通過水平偏振器(4)控制其偏振狀態，然后通過變換鏡(5)改變其波前曲率半徑進入所述的發射偏振合束器(7)；所述的垂直偏振光束經過垂直偏振光路變換鏡(6)改變其波前曲率半徑進入所述的發射偏振合束器(7)，兩路偏振光束經所述的發射偏振合束器(7)合束后形成同軸正交偏振光束由發射主鏡(8)發射到目標平面上；所述的接收端包括接收主鏡(9)、接收偏振分束器(10)、2×490°光學橋接器(11)、同相通道平衡探測器(12)、90°相移通道平衡探測器(13)、同相通道模數轉換器(14)、90°相移通道模數轉換器(15)和復數化處理器(16)；目標回波由所述的接收主鏡(9)接收，被接收的光束經過接收偏振分束器(10)分為水平偏振和垂直偏振兩路光束，兩路光束通過2×490°光學橋接器(11)，輸出四路相互相移90°的同軸干涉光束對，其中0°和180°的兩路光束由同相通道平衡探測器(12)接收，90°和270°的兩路光束由90°相移通道平衡探測器(13)接收，同相通道平衡探測器(12)的輸出信號由同相通道模數轉換器(14)轉換為數字信號，90°相移通道平衡探測器(13)的輸出信號由90°相移通道模數轉換器(15)轉換為數字信號，同相通道模數轉換器(14)和90°相移通道模數轉換器(15)輸出的數字信號由復數化處理器(16)處理輸出復數數字信號，輸出的數字信號通過信號處理電路(17)處理得到目標的數字圖像。...
【技術特征摘要】
1.一種基于M序列相位編碼和正交偏振復用的合成孔徑激光成像雷達，其特征在于由發射端、接收端和控制與信號處理電路構成: 所述的發射端包括激光光源(I)，沿該激光光源(I)的激光輸出方向依次是、發射偏振分束器(2)、水平偏振光路寬帶相位調制器(3)、水平偏振器(4)、水平偏振光路變換鏡(5)、垂直偏振光路變換鏡(6)、發射偏振合束器(7)和發射主鏡(8);所述的激光光源(I)的輸出激光經所述的發射偏振分束器(2)分為水平偏振光束和垂直偏振光束，所述的水平偏振光束經水平偏振光路寬帶相位調制器(3)進行基于M序列的相位編碼調制，再通過水平偏振器(4)控制其偏振狀態，然后通過變換鏡(5)改變其波前曲率半徑進入所述的發射偏振合束器(7);所述的垂直偏振光束經過垂直偏振光路變換鏡(6)改變其波前曲率半徑進入所述的發射偏振合束器(7)，兩路偏振光束經所述的發射偏振合束器(7)合束后形成同軸正交偏振光束由發射主鏡(8)發射到目標平面上； 所述的接收端包括接收主鏡(9)、接收偏振分束器(10)、2X490°光學橋接器(11)、同相通道平衡探測器(12)、90°相移通道平衡探測器(13)、同相...
【專利技術屬性】
技術研發人員：孫建鋒，蔡光宇，周煜，欒竹，馬小平，盧智勇，劉立人，
申請(專利權)人：中國科學院上海光學精密機械研究所，
類型：發明
國別省市：上海;31
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