合成孔径激光雷达系统改进结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种遥感探测装置，尤其涉及一种合成孔径激光雷达系统的改进结构，属于激光遥感装置。
【背景技术】
[0002]合成孔径激光雷达系统主要有基于传统光学元件并采用迈克耳逊干涉结构的合成孔径激光雷达系统、以及基于光纤元件并采用参考通道结构的合成孔径激光雷达系统。
[0003]前者通用性较强，但由于采用传统光学元件，抗抖动性较差，调节困难，不适合机载、车载等实际应用场合；并且该系统没有对可调谐激光器输出啁啾信号的起止波长偏差和相位误差进行校正，致使该系统的方位向、距离向成像分辨率较低。
[0004]后者具有以下优点:利用光纤柔性连接，可在光纤耦合器中实现混频；因此相对于利用传统的合束元件进行外差探测而言，更容易满足外差探测的条件，具有更高的外差效率，保证了对微弱信号的有效探测。另外，由于采用了参考通道部分补偿了可调谐激光器发出线性调频信号的非线性，因此可提高合成孔径激光雷达距离向成像精度。第三，利用氰化氢(HCN)分子波长参考器跟踪校准激光器发射信号的起始波长，可校准起始波长的误差、对起始波长进行定标，从而保证方位向成像精度、提高方位向成像分辨率。但由于氰化氢分子波长参考器是内含剧毒气体的易碎玻璃器件，抗冲击震动能力较差，毒害气体一旦泄露则会对人体造成严重伤害；因此安全性差是制约合成孔径激光雷达走向实用化的一个因素。
【发明内容】
[0005]针对利用氰化氢(HCN)分子波长参考器进行波长定标、实现方位向高分辨率探测成像的基于参考通道结构合成孔径激光雷达系统中存在的问题，本实用新型旨在提供一种结构简单、稳定性好、安全性高、抗震性强的合成孔径激光雷达系统改进结构。
[0006]为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案:它包括可调谐激光器、发射天线组件、目标通道、参考通道以及计算机；其中，所述发射天线组件由通过光纤依次连接的第一分光器、光纤环形器和发射天线构成；所述目标通道由通过光纤依次连接的第二分光器、第一光纤耦合器、第一外差平衡接收器、以及与该第一外差平衡接收器电连接的第一 A/D转换器构成；所述参考通道由通过光纤依次连接的第三分光器、第二光纤耦合器、第二外差平衡接收器、连接在所述第三分光器与所述第二光纤耦合器之间的光纤延迟线圈、以及与所述第二外差平衡接收器电连接的第二 A/D转换器构成；在可调谐激光器与第一分光器之间连接有带通滤光器，第一分光器与第二分光器连接、光纤环形器与第一光纤耦合器连接，第二分光器与第三分光器连接，第一 A/D转换器、第二 A/D转换器分别与计算接电连接。
[0007]第一分光器、第二分光器以及第三分光器均为1X2分光器，第一光纤親合器、第二光纤耦合器均为2X2单模光纤耦合器。
[0008]与现有技术比较，本实用新型由于采用了上述技术方案，在现有参考通道结构的合成孔径激光雷达系统的基础上，利用参考通道信号来补偿可调谐激光器输出的线性调频信号的非线性，从而提高了合成孔径激光雷达的距离向成像分辨率；另外，在可调谐激光器与发射天线组件之间增加了光学带宽滤波器，因此能够对可调谐激光器输出的线性调频信号的起始波长进行波长定标，从而提高了合成孔径激光雷达方位向成像分辨率。第三，利用带通滤光器替代氰化氢(HCN)分子波长定标器，因此合成孔径激光雷达系统结构更为简单，稳定性、安全性、以及抗冲击性均得以进一步提高。
【附图说明】
[0009]图1是本实用新型的结构示意图。
[0010]图中:可调谐激光器1、带通滤光器2、第一分光器3、光纤环形器4、发射天线5、第一 A/D转换器6、第一外差平衡接收器7、第一光纤親合器8、第二分光器9、第三分光器10、光纤延迟线圈11、第二光纤耦合器12、第二外差平衡接收器13、第二 A/D转换器14、计算接15ο
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图和具体的实施例对本实用新型作进一步说明:
[0012]如图1所示:本实用新型由可调谐激光器1、发射天线组件、目标通道、参考通道、计算机15、以及带通滤光器2构成。其中:
[0013]所述发射天线组件由第一分光器3、输入端通过光纤与该第一分光器的输出端连接的光纤环形器4、通过光纤与该光纤环形器连接的发射天线5构成，带通滤光器2通过光纤连接在可调谐激光器I的输出端与第一分光器3的输入端之间。
[0014]所述目标通道由第二分光器9、输入端通过光纤与该第二分光器输出端连接的第一光纤親合器8、两个输入端分别与该第一光纤親合器的两个输出端对应连接的第一外差平衡接收器7、与该第一外差平衡接收器输出端电连接的第一 A/D转换器6构成；第二分光器9的输入端通过光纤与第一分光器3的另一个输出端连接，第一光纤耦合器8的另外一个输入端通过光纤与光纤环形器4另外一个输出端连接。
[0015]所述参考通道由第三分光器10、输入端通过光纤与该第三分光器输出端连接的第二光纤耦合器12、连接在该第二光纤耦合器另外一个输入端与第三分光器10的另外一个输出端之间的光纤延迟线圈11、两个输入端分别与该第二光纤耦合器两个输出端对应连接的第二外差平衡接收器13、与该第二外差平衡接收器输出端电连接的第二 A/D转换器14构成，第三分光器10的输入端通过光纤与第二分光器9的另外一个输出端连接。
[0016]第一 A/D转换器6、第二 A/D转换器14分别与计算接15电连接。
[0017]在上述技术方案中，第一分光器3、第二分光器9以及第三分光器10均为I X 2分光器，第一光纤親合器8、第二光纤親合器12均为2X2单模光纤親合器。
[0018]光纤环形器4的作用不仅可将第一分光器3送来的光信号传递给发射天线5，同时还能将该发射天线反馈的回波信号作为目标信号送给目标通道。第二分光器9的作用是将一部分输出信号作为目标通道的目标本振信号，经第一光纤耦合器8和第一外差平衡接收器7实现光外差探测后的差频信号输出，并将该差频信号输出到第一 A/D转换器6 ;同时，第二分光器9将另一部分输出信号作为第三分光器10的输入信号，该第三分光器输出的一部分信号作为参考信号输入给第二光纤耦合器12，第三分光器10输出的另一部分信号经光纤延迟线圈延时后作为参考本振信号输入给第二光纤耦合器12，经该第二光纤耦合器和第二外差平衡接收机13实现参考通道的光外差探测后的差频信号输出，并将该差频信号输出到第二 A/D转换器14。
[0019]工作原理:由于可调谐激光器I的输出线性调频信号起始波长存在差异，若直接用于合成孔径激光雷达系统将造成图像的方位向模糊。因此，先将可调谐激光器I输出的线性调频信号经带通滤光器2进行波长限定，使经过该带通滤光器输出的信号具有固定的起止波长，因此可降低可调谐激光器I起始波长差异对方位向成像分辨率的影响。再对波长标定后的线性调频信号经过第一分光器3进行分束，通过对目标通道和参考通道的信号进行外差平衡探测，获得目标通道和参考通道的差频信号，经模数变换后输入计算机15。利用参考通道数据校正可调谐激光器I的输出线性调频信号的相位误差，能够降低线性调频信号相位误差对合成孔径激光雷达距离向成像分辨率的影响。再根据相应的成像算法，即可以获得合成孔径激光雷达成像图像。
【主权项】
1.一种合成孔径激光雷达系统改进结构，包括可调谐激光器、发射天线组件、目标通道、参考通道以及计算机；其中，所述发射天线组件由通过光纤依次连接的第一分光器、光纤环形器和发射天线构成；所述目标通道由通过光纤依次连接的第二分光器、第一光纤耦合器、第一外差平衡接收器、以及与该第一外差平衡接收器电连接的第一 A/D转换器构成；所述参考通道由通过光纤依次连接的第三分光器、第二光纤耦合器、第二外差平衡接收器、连接在所述第三分光器与所述第二光纤耦合器之间的光纤延迟线圈、以及与所述第二外差平衡接收器电连接的第二 A/D转换器构成；其特征在于:在可调谐激光器(I)与第一分光器(3)之间连接有带通滤光器(2)，第一分光器(3)与第二分光器(9)连接、光纤环形器(4)与第一光纤親合器(8)连接，第二分光器(9)与第三分光器(10)连接，第一 A/D转换器(6)、第二 A/D转换器(14)分别与计算接(15)电连接。2.根据权利要求1所述的合成孔径激光雷达系统改进结构，其特征在于:第一分光器(3)、第二分光器(9)以及第三分光器(10)均为1X2分光器，第一光纤親合器(8)、第二光纤親合器(12)均为2X2单模光纤親合器。
【专利摘要】本实用新型公开了一种合成孔径激光雷达系统改进结构，属于激光遥感装置；旨在提供一种改进的合成孔径激光雷达系统。它包括可调谐激光器、发射天线组件、目标通道、参考通道和计算机；发射天线组件由第一分光器、光纤环形器和发射天线构成，目标通道由第二分光器、第一光纤耦合器、第一外差平衡接收器、第一A/D转换器构成，参考通道由第三分光器、光纤延迟线圈、第二光纤耦合器、第二外差平衡接收器、第二A/D转换器构成；在可调谐激光器（1）与第一分光器（3）之间连接有带通滤光器（2），第一A/D转换器（6）、第二A/D转换器（14）与计算接（15）电连接。本发实用新型结构简单、稳定安全；是一种合成孔径激光雷达系统的改进结构。
【IPC分类】G01S7/491, G01S17/89
【公开号】CN204789997
【申请号】CN201520375922
【发明人】张艳
【申请人】贵阳学院
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年6月3日