合成孔径激光成像雷达的双向环路发射接收望远镜

摘要

一种合成孔径激光成像雷达的双向环路发射接收望远镜，双向环路由转像望远镜结构的独立的发射通道和接收通道组成，连接激光光源、光电探测器和望远镜。发射通道中设置离焦和发射空间相位调制平板，接收通道中设置离焦和接收空间相位调制平板。控制发射离焦量，发射相位调制函数，接收离焦量，接收相位调制函数。本发明用同一个望远镜可以实现空间二次项相位附加偏置的激光发射和消除目标回波接收波面像差的光学离焦接收，并产生雷达运动方向上合适的和可控的相位二次项历程，实现孔径合成成像。

主权项

1.一种合成孔径激光成像雷达的双向环路发射接收望远镜，其特征在于：包括合成孔径激光成像雷达的激光光源(1)，沿该激光光源(1)发射的激光光束依次是第一半波片(2)和第一偏振分光棱镜(3)，所述的激光光束被第一偏振分光棱镜(3)分为反射和透射光束，该第一偏振分光棱镜(3)反射光束作为本机振荡激光光束，该本机振荡激光光束经过第一四分之一波片(4)并由第一反射镜(5)返回后到达并通过该第一偏振分光棱镜(3)输出进入第三偏振分光棱镜(20)，该第一偏振分光棱镜(3)透射光束作为发射激光光束，该发射激光光束依次经第一发射转像透镜(6)、发射离焦量(7)、发射空间相位调制板(8)、第二发射转像透镜(9)、第二偏振分光棱镜(10)、第二四分之一波片(11)、望远镜目镜(12)、望远镜物镜(13)和望远镜出入瞳(14)射向目标，该目标的回波激光光束经原路返回，经望远镜出入瞳(14)、望远镜物镜(13)、望远镜目镜(12)、第二四分之一波片(11)至所述的第二偏振分光棱镜(10)，反射后再经过接收空间相位调制板(15)、第二反射镜(16)、第一接收转像透镜(17)、接收离焦量(18)、第二接收转像透镜(19)到达第三偏振分光棱镜(20)，所述的回波激光光束和所述的本机振荡激光光束通过第三偏振分光棱镜(20)合束，再经过第二半波片(21)并通过第四偏振分光棱镜(22)偏振分光，都是水平方向偏振的合成光束由第一光电探测器(23)进行外差接收，都是垂直方向偏振的合成光束由第二光电探测器(24)进行外差接收；所有偏振分光棱镜设定为水平偏振方向光束通过而垂直偏振方向光束反射；所述的第一四分之一波片(4)的角度设置使得从第一偏振分光棱镜(3)反射出的本机振荡激光光束从第一反射镜(5)返回到第一偏振分光棱镜(3)上的偏振旋转了90°而能够直接通过该第一偏振分光棱镜(3)；所述的第二四分之一波片(11)的角度设置使得透过第二偏振分光棱镜(10)的发射激光光束经过望远镜发射，目标反射的回波并由望远镜接收的光束返回到第二偏振分光棱镜(10)上的偏振旋转了90°而能够被第二偏振分光棱镜(10)反射；所述的望远镜物镜(13)和望远镜目镜(12)组成用于激光发射和接收的天线望远镜，该望远镜物镜(13)的焦距为f₁和望远镜目镜(12)的焦距为f₂，望远镜目镜(12)的后焦面和望远镜物镜(13)的前焦面之间的距离为望远镜的离焦量：式中：z为合成孔径激光成像雷达到目标的距离，R为发射光束波面在距离Z上的曲率半径；望远镜的出入瞳(14)位于望远镜物镜(13)的外焦面上，所述的望远镜的目镜(12)的外焦面为望远镜的入出瞳面，所述的望远镜的出入瞳面(14)与望远镜的入出瞳面相互成像；所述的第一发射转像透镜(6)和第二发射转像透镜(9)组成一个发射4-f转像望远镜，第二发射转像透镜(9)的出瞳平面与天线望远镜的入出瞳面重合，所述的发射空间位相调制板(8)放置在第二发射转像透镜(9)的前焦面上，第一发射转像透镜(6)和第二发射转像透镜(9)的焦距为f₃，所述的发射4-f转像望远镜的中间焦面的离焦量(7)为：$\Delta l_3=-\frac{f_1^2{f}_3^2}{(z+R)f_2^2},$式中：z为合成孔径激光成像雷达到目标的距离，而且该发射空间位相调制板(8)的空间相位二次项等效焦距为：式中F为空间位相二次项偏置的等效焦距，所述的第一接收转像透镜(17)和第二接收转像透镜(19)组成一个接收4-f转像望远镜，第一接收转像透镜(17)的入瞳面与天线望远镜的入出瞳面重合，为了消除入射波前二次项像差有两种方法：方法之一是所述的接收空间位相调制板(15)放置在该接收4-f转像望远镜的入瞳面上，第一接收转像透镜(17)和第二接收转像透镜(19)的焦距为f₄，所述的接收空间相位调制板(15)的相位函数为：式中：x、y为接收空间相位调制板(15)的位置坐标，λ为激光波长；方法之二是所述的接收4-f转像望远镜中间焦面离焦，离焦量(18)为：$\Delta l_4=\frac{f_1^2{f}_4^2}{{\mathrm{zf}}_2^2}.$