专利名称：合成孔径激光成像雷达的双向环路发射接收望远镜的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及合成孔径激光成像雷达，特别是一种用于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，用于连接激光光源、光电探测器和望远镜。发射通道中设置离焦和发射相位调制平板，接收通道中设置离焦和接收相位调制平板。控制发射离焦量、发射相位调制函数、接收离焦量和接收相位调制函数，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离焦光学接收，并产生雷达运动方向上合适的和可控制的相位二次项历程从而实现孔径合成成像。
背景技术：
合成孔径激光成像雷达的原理取之于射频领域的合成孔径雷达原理，是能够在远距离取得厘米量级分辨率的唯一的光学成像观察手段。但是由于光频波段的波长比射频短3-6个数量级，而且光学望远镜主镜的尺度大于波长3-6个数量级，其空间发射和接收与射频的发射和接收有原理性差别。
合成孔径激光成像雷达采用光学望远镜作为接收天线和发射天线，但是用作回波信号接收和激光光束发射时对于望远镜的要求也有所不同。因此，采用同一望远镜作为接收和发射天线时，望远镜必须同时满足光学接收要求和激光发射要求，保证在回波外差接收信号中产生目标的相位二次项历程，以实现激光孔径合成成像。
在光学接收过程中，目标的反射回波经过距离衍射到达合成孔径激光成像雷达的光学望远镜时，将随着距离变化产生不同的波面像差或者波前形状，通过接收望远镜在光电探测器面上与激光本机振荡器激光光束合成进行外差探测时，波面像差将极大影响外差光电探测效率，甚至导致探测失效。因此我们在合成孔径激光成像雷达的离焦接收望远镜的发明申请中，提出了一种合成孔径激光成像雷达的离焦望远镜的光学接收天线，采用望远镜离焦或者附加空间相位平板的方法克服回波信号的衍射波面像差保证外差探测要求，并产生回波的雷达运动方向上产生相位二次项历程。
在激光发射过程中，望远镜作为激光发射天线的基本要求是需要保证主镜口径上的衍射极限发射，因此目标距离上的激光照明光斑的波前特性取决于望远镜发射光场分布和衍射距离。在我们的合成孔径激光成像雷达的空间相位偏置发射望远镜的发明申请中，提出了一种空间二次项相位偏置结构的发射望远镜，在发射望远镜内放置相位调制平板，控制望远镜的离焦量和位相调制函数，能够在发射望远镜的激光照明光斑上相对于原衍射波面产生一个附加的空间相位二次项，用于改变激光照明波前，产生适当的和所需的目标照明二次项波前。
因此，实现合成孔径激光成像的核心关键问题是用同一光学望远镜实现不同离焦量和不同的附加相位板的激光发射和光学接收。
合成孔径激光成像首先在实验室实现验证，但是这些实验属于细小光束的近距离模拟，没有采用真实光学望远镜接收和发射天线。在美国国防先进研究计划局支持下2006年美国雷声公司和诺格公司分别实现了机载合成孔径激光雷达试验，但是没有考虑光学天线的接收波面像差或者波前形状的影响，也没有考虑光学天线的发射时的附加空间相位偏置。请参阅下列文献 (1)M.Bashkansky，R.L.Lucke，F.Funk，L.J.Rickard，and J.Reintjes，“Two-dimensional synthetic aperture imaging in the optical domain，”Optics Letters，Vol.27，pp1983-1985(2002). (2)W.Buell，N.Marechal，J.Buck，R.Dickinson，D.Kozlowski，T.Wright，and S.Beck，“Demonstrationof synthetic aperture imaging ladar，”Proc.of SPIE，Vol.5791，PP.152-166(2005). (3)J.Ricklin，M.Dierking，S.Fuhrer，B.Schumm，and D.Tomlison，“Synthetic apertureladar for tactical imaging，”DARPA Strategic Technology Office. 一个合成孔径激光成像雷达的光学接收系统主要由光学望远镜、光束合成器和光电探测器所组成。光学望远镜用于收集回波信号波面并转移到光电探测器，光束合成器用于回波信号光束和本机振荡器激光光束的空间合束，光电探测器进行光强探测并产生回波信号光束和本机光束的光学外差。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题在于提出一种合成孔径激光成像雷达的双向环路发射接收望远镜，即在同一光学望远镜中实现空间相位偏置的激光发射和消回波像差的离焦光学接收，实现合成孔径激光成像雷达的合成成像。
本实用新型的技术解决方案如下 本实用新型的合成孔径激光成像雷达双向环路发射接收望远镜的核心是在光学望远镜、激光光源和光电探测器之间设置双向发射接收环路，在双向发射接收环路中具有独立的发射通道和独立的接收通道，并均为转像望远镜结构。因此可以在双向环路的接收通道中进行望远镜发射所需的离焦操作或者附加相位设置，在发射通道中进行发射望远镜所需的离焦操作和附加相位设置，因此能够用同一个光学望远镜实现附加空间相位偏置的激光发射和消回波像差的离焦光学接收，得到合适的和可以控制的雷达运动方向上的相位二次项历程，从而实现孔径合成成像。
本实用新型的具体技术方案是 一种合成孔径激光成像雷达的双向环路发射接收望远镜，其特点是包括合成孔径激光成像雷达的激光光源，沿该激光光源发射的激光光束依次是第一半波片和第一偏振分光棱镜，所述的激光光束被第一偏振分光棱镜分为反射和透射光束，该第一偏振分光棱镜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并由第一反射镜返回后到达并通过该第一偏振分光棱镜输出进入第三偏振分光棱镜，该第一偏振分光棱镜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、发射离焦量、发射空间相位调制板、第二发射转像透镜、第二偏振分光棱镜、第二四分之一波片、望远镜目镜、望远镜物镜和望远镜出入瞳射向目标，该目标的回波激光光束经原路返回，经望远镜出入瞳、望远镜物镜、望远镜目镜、第二四分之一波片至所述的第二偏振分光棱镜，反射后再经过接收空间相位调制板、第二反射镜、第一接收转像透镜、接收离焦量、第二接收转像透镜到达第三偏振分光棱镜，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合束，再经过第二半波片并通过第四偏振分光棱镜偏振分光，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的角度设置使得从第一偏振分光棱镜反射出的本机振荡激光光束从第一反射镜返回到第一偏振分光棱镜上的偏振旋转了90°而能够直接通过该第一偏振分光棱镜； 所述的第二四分之一波片的角度设置使得透过第二偏振分光棱镜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上的偏振旋转了90°而能够被第二偏振分光棱镜反射； 所述的望远镜物镜和望远镜目镜组成用于激光发射和接收的天线望远镜，该望远镜物镜的焦距为f1和望远镜目镜的焦距为f2，望远镜目镜的后焦面和望远镜物镜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； 望远镜的出入瞳位于望远镜物镜的外焦面上，所述的望远镜的目镜的外焦面为望远镜的入出瞳面，所述的望远镜的出入瞳面与望远镜的入出瞳面相互成像； 所述的第一发射转像透镜和第二发射转像透镜组成一个发射4-f转像望远镜，第二发射转像透镜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放置在第二发射转像透镜的前焦面上，第一发射转像透镜和第二发射转像透镜的焦距为f3，所述的发射4-f转像望远镜的中间焦面的离焦量为 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和第二接收转像透镜组成一个接收4-f转像望远镜，第一接收转像透镜的入瞳面与天线望远镜的入出瞳面重合，所述的接收空间位相调制板放置在该接收4-f转像望远镜的入瞳面上，第一接收转像透镜和第二接收转像透镜的焦距为f4，所述的接收空间相位调制板的相位函数为
式中x、y为接收空间相位调制板的位置坐标，λ为激光波长；或者所述的接收4-f转像望远镜中间焦面离焦，离焦量为 一种合成孔径激光成像雷达的双向环路发射接收望远镜，其特点是包括合成孔径激光成像雷达的激光光源，沿该激光光源发射的激光光束依次是第一半波片和第一偏振分光棱镜，所述的激光光束被第一偏振分光棱镜分为反射和透射光束，该第一偏振分光棱镜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并由第一反射镜返回后到达并通过该第一偏振分光棱镜输出进入第三偏振分光棱镜，该第一偏振分光棱镜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、发射离焦量、发射空间相位调制板、第二发射转像透镜、第二偏振分光棱镜、第二四分之一波片、望远镜目镜、望远镜物镜和望远镜出入瞳射向目标，该目标的回波激光光束经原路返回，经望远镜出入瞳、望远镜物镜、望远镜目镜、第二四分之一波片至所述的第二偏振分光棱镜，反射后再经过接收空间相位调制板、第二反射镜、第一接收转像透镜、接收离焦量、第二接收转像透镜到达第三偏振分光棱镜，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合束，再经过第二半波片并通过第四偏振分光棱镜偏振分光，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的角度设置使得从第一偏振分光棱镜反射出的本机振荡激光光束从第一反射镜返回到第一偏振分光棱镜上的偏振旋转了90°而能够直接通过该第一偏振分光棱镜； 所述的第二四分之一波片的角度设置使得透过第二偏振分光棱镜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上的偏振旋转了90°而能够被第二偏振分光棱镜反射； 所述的望远镜物镜和望远镜目镜组成用于激光发射和接收的天线望远镜，该望远镜物镜的焦距为f1和望远镜目镜的焦距为f2，望远镜目镜的后焦面和望远镜物镜的前焦面之间的距离为望远镜的离焦量Δl＝0；所述的望远镜的出入瞳位于望远镜物镜的外焦面上，所述的望远镜的目镜的外焦面为望远镜的入出瞳面，所述的望远镜的出入瞳面与望远镜的入出瞳面相互成像； 所述的第一发射转像透镜和第二发射转像透镜组成一个发射4-f转像望远镜，第二发射转像透镜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放置在第二发射转像透镜的前焦面上，第一发射转像透镜和第二发射转像透镜的焦距为f3，所述的发射4-f转像望远镜的中间焦面的离焦量为 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的相位调制函数产生的空间相位二次项偏置的等效焦距为 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； 所述的第一接收转像透镜和第二接收转像透镜组成一个接收4-f转像望远镜，第一接收转像透镜的入瞳面与天线望远镜的入出瞳面重合，所述的接收空间位相调制板放置在该接收4-f转像望远镜的入瞳面上，第一接收转像透镜和第二接收转像透镜的焦距为f4，所述的接收空间相位调制板的相位函数为
式中x、y为接收空间相位调制板的位置坐标，λ为激光波长；或者所述的接收4-f转像望远镜中间焦面离焦，离焦量为 所述的第一半波片和第二半波片可改用四分之一波片。
所述的望远镜的出入瞳位于望远镜物镜的外焦面上，为一实的孔径光阑，或仅代表一个位置。
本实用新型的技术效果 本实用新型能利用同一个光学望远镜实现附加空间相位偏置的激光发射和消回波像差的离焦光学接收，得到合适的和可以控制的雷达运动方向上的相位二次项历程，实现合成孔径激光成像雷达的合成成像。
图1是本实用新型合成孔径激光成像雷达的双向环路发射接收望远镜一个实施例的系统示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明，但不应以此限制本实用新型的保护范围。
先请参阅图1，图1是本实用新型合成孔径激光成像雷达的双向环路发射接收望远镜一个实施例的系统示意图。由图可见，本实施例主要用于高斯光束发射和目标费涅尔衍射接收。其结构 从合成孔径激光成像雷达的激光光源1发射激光光束开始，然后是第一半波片(或四分之一波片)2和第一偏振分光棱镜3，该第一偏振分光棱镜3输出的一路作为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返回后到达并通过第一偏振分光棱镜3输出本机振荡激光光束，该第一偏振分光棱镜3输出的另一路作为发射激光光束依次经过第一发射转像透镜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，回波激光光束经原路返回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(或四分之一波片)21并通过第四偏振分光棱镜22，将其分为两束偏振方向相同的接收光束，分别由第一光电探测器23和第二光电探测器24进行外差平衡接收。
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。本文以水平偏振方向为参考方向。
第一半波片(或四分之一波片)2的角度设置以控制第一偏振分光棱镜3的分光强度比，一般要求透过的发射光束光强远远大于反射的本机振荡激光光束光强。
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。
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。
本机振荡激光光束以水平偏振状态入射并直接通过第三偏振分光棱镜20，回波激光光束以垂直偏振状态入射并经过第三偏振分光棱镜20反射，因此，本机振荡激光光束和回波激光光束通过第三偏振分光棱镜20进行了光束合束，偏振正交的合成光束再经过第二半波片(或四分之一波片)21旋转偏振态45°(或者成为园偏振态)，经第四偏振分光棱镜22进行偏振分光，都是水平方向偏振的合成光束用第一光电探测器23进行外差接收，都是垂直方向偏振的合成光束用第二光电探测器24进行外差接收。
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，设望远镜物镜13的焦距为f1和望远镜目镜12的焦距为f2，则望远镜的放大倍数为望远镜的出(入)瞳14位于物镜13的外焦面上，可以设置一个实的孔径光阑，也可以无实物光阑而代表一个位置，望远镜的目镜12的外焦面为望远镜的入(出)瞳面，出(入)瞳面14与目镜的入(出)瞳面相互成像。
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。该发射4-f转像望远镜具有发射离焦量7，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的焦距设定为f3。
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。该接收4-f转像望远镜具有接收离焦量18，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的焦距设定为f4。
第一半波片(或四分之一波片)2、第一偏振分光棱镜3，第一四分之一波片4、第一反射镜5、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、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、第三偏振分光棱镜20和第二半波片(或四分之一波片)21构成了一个3端口的双向调制接收发射环路。其中第一半波片(或四分之一波片)2是激光光源入射端口，第二四分之一波片11是发射激光输出和回波接收端口，第二半波片(或四分之一波片)21是探测光信号输出端口。
在双向调制接收发射环路中，从第一偏振分光棱镜3到第二偏振分光棱镜10只存在发射激光光束的光路，引入发射离焦量7和发射空间位相调制板8能够在激光望远镜的照明区产生附加空间相位二次项，改变发射激光照明波前。
从第二偏振分光棱镜10到第三偏振分光棱镜20只存在回波激光光束的光路，引入接收空间位相调制板15或者接收离焦量18能够对接收望远镜进行等效离焦而消除接收光束离焦像差的目的 在激光发射光路中，假设距离为z的目标照明光场为ez(x，y)，要求在照明区产生附加空间相位二次项为
其中R为发射光束波面在距离Z上的曲率半径。为了实现这一波前偏置，天线望远镜的离焦量为而空间相位二次项偏置的等效焦距为因此发射4-f转像望远镜的中间焦面的离焦量7应当为 即 而发射空间位相调制板8的空间相位二次项等效焦距应当为 即 在激光接收光路中，目标的点衍射在天线望远镜出(入)瞳14上产生的场强波前一般可以表达为为了消除入射波前的二次项像差，应当控制天线望远镜的离焦量达到因此，一种方法是在天线望远镜出瞳位置即接收转像望远镜的入瞳位置上放置接收空间相位调制板15，其相位函数为
即
另外一种方法是使接收4-f转像望远镜中间焦面离焦，离焦量18应当为 即 此外，发射空间位相调制板8和接收空间位相调制板15还可以进行另外的专门目的的设计。例如，可以设计发射位相调制函数产生柱面激光发射光束或/和设计接收位相调制函数产生柱面接收相位偏置，以在合成孔径激光成像雷达中产生距离方向和飞行方位方向的可分离变量的方位方向相位二次项历程，降低成像算法的复杂性。
一般要求物镜入瞳的直径大于物镜直径，目镜出瞳直径大于目镜直径。
光电探测器一般应当放在接收望远镜出瞳平面上，光电探测器可以离开望远镜出瞳平面一定距离，当光电探测器离开望远镜出瞳平面距离较大时应当采用转像光学系统。
当激光发射光源是光纤激光器或光纤放大器时，除了准直使用外，激光光纤发射端口或者再配以透镜聚焦点可以直接放在第一发射转像透镜6的后焦面位置上。当光纤系统用于光学接收部件时，在第二接收转像透镜19后或者在第四偏振分光棱镜22后可以加聚光镜，把出射光束汇集入光纤端口。
本实施例的具体设计如下 一个合成孔径激光成像雷达的孔径合成成像分辨率要求25mm，成像观察距离为4、10、20km。因此望远镜物镜入瞳面上的孔径光阑直径为φ50mm。
设计望远镜放大倍数为M＝10，望远镜物镜13口径为φ60mm(＞φ50mm)和焦距为1000mm，望远镜目镜12的口径为φ7mm(＞φ5mm)和焦距为100mm。第一接收转像透镜17和第二接收转像透镜19的焦距为100mm。第一发射转像透镜6和第二发射转像透镜9的焦距为100mm。
接收望远镜为了消除入射波前的二次项像差应当控制望远镜的等效离焦量，相当于接收转像望远镜的离焦量为0.25、0.1、0.05mm，离焦的同时在接收信号中产生相位二次项历程，相当于曲率为4、10、20km。
在4、10、20km处的高斯光束波前曲率为4、10、20km，考虑回波接收的二次项相位历程，总的等效波前的曲率为2、5、10km，相当于在照明半径上的半波的波高数目为1.786、4.47、8.93，为了便于正确采样和反演可以要求半波波高数为20，这时需要附加偏置一个等效曲率为0.196、1.437、8.068km的二次项，即接收空间相位调制平板15的二次项等效焦距应当为0.049、0.05748、0.0807mm。
权利要求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
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，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；或者所述的接收4-f转像望远镜中间焦面离焦，离焦量(18)为
2、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Δl＝0；所述的望远镜的出入瞳(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
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)的相位调制函数产生的空间相位二次项偏置的等效焦距为
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；
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，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；或者所述的接收4-f转像望远镜中间焦面离焦，离焦量(18)为
3、根据权利要求1或2所述的双向环路发射接收望远镜，其特征在于所述的第一半波片(2)和第二半波片(21)可改用四分之一波片。
4、根据权利要求1或2所述的双向环路发射接收望远镜，其特征在于所述的望远镜的出入瞳(14)位于望远镜物镜(13)的外焦面上，为一实的孔径光阑，或仅代表一个位置。
专利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，在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。本实用新型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，实现合成孔径激光成像雷达的合成成像。
文档编号G01S7/481GK201173972SQ20082005594
公开日2008年12月31日 申请日期2008年3月5日 优先权日2008年3月5日
发明者刘立人 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所