CN104237899B - 聚束模式直视合成孔径激光成像雷达 - Google Patents

Abstract

一种聚束模式直视合成孔径激光成像雷达，其构成包括激光光源，发射偏振分束器，左臂交轨向柱面透镜，左臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器，左臂孔径光阑、左臂顺轨向柱面透镜，左臂顺轨向柱面透镜顺轨向驱动器，右臂交轨向柱面透镜，右臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器，右臂孔径光阑、右臂顺轨向柱面透镜，右臂顺轨向柱面透镜顺轨向驱动器，发射偏振合束器、发射主镜，接收望远镜，偏振干涉自差同相和90°相移双通道光电接收机，AD变换器，复数化转换器，图像处理和系统控制计算机，光学偏转器。本发明较条带扫描模式的直视合成孔径激光成像雷达具有很高的系统接收灵敏度和顺轨向成像分辨率，特别适合于大光学足址和远距离目标的应用。

Description

聚束模式直视合成孔径激光成像雷达

技术领域

本发明涉及合成孔径激光成像雷达，是一种聚束模式直视合成孔径激光成像雷达。原理上采用光学偏转器使得直视合成孔径激光成像雷达作直线运动时其光学足址固定指向所关注的目标区域，同时直视合成孔径激光成像雷达内部的顺轨向柱面透镜在顺轨向作同步移动，在光学足址相对静止状态下产生顺轨向相位二次项波前移动，得到目标的相位二次项历程。在交轨向仍然保留直视合成孔径激光成像雷达获得目标横向距离线性相位调制项的方法。目标成像算法采用传统的交轨向傅立叶变换聚焦和顺轨向共轭相位二次项匹配滤波聚焦算法。比较条带扫描模式的直视合成孔径激光成像雷达，本发明的聚束模式直视合成孔径激光成像雷达对于目标的作用累积时间和孔径合成距离可以达到数量级的增加，因此具有很高的系统接收灵敏度和可很大提高的顺轨向成像分辨率，特别适合于大光学足址和远距离应用。

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，是能够在远距离得到厘米量级成像分辨率的唯一的光学成像观察手段。合成孔径激光成像雷达有两种原理结构(参考文献1)，一种是侧视合成孔径激光成像雷达，另外一种是直视合成孔径激光成像雷达。直视合成孔径激光成像雷达具有明显的特点和优点，包括：非常有效的降低了大气、运动平台、光雷达系统本身等相位干扰的影响；照明光斑可以很大，接收口径可以很大，因此能够获得较大的光学足趾和较强的回波接收功率；允许使用低质量的接收光学系统；不需要光学延时线；直视激光照射和接收下目标的反射率高；采用直视观察成像无阴影。

传统的射频波段的合成孔径雷达通常有两种工作模式：一种是条带扫描模式，另外一种是聚束模式。聚束模式的优点是具有较高的成像分辨率,因此得到了广泛应用。至今已经发展了条带扫描模式的直视合成孔径激光成像雷达(参考文献1－5)，但是还没有聚束模式的直视合成孔径激光成像雷达。

下面是现有的有关参考文献：

(1)Liren Liu,Coherent and incoherent synthetic-aperture imagingladars and laboratory-space experimental demonstrations,Appl.Opt.,52(4):579-599,(2013).

(2)刘立人,直视合成孔径激光成像雷达原理，光学学报，2012,32(9):0920002-1～8.

(3)刘立人，自干涉合成孔径激光三维成像雷达原理,光学学报，2014,34(5):0528001-8.

(4)栾竹，孙建锋，职亚楠，周煜，王利娟，刘立人，直视合成孔径激光成像雷达模拟远场条件下的二维成像实验,光学学报，2014，34(7):0710003.

(5)Zhu Luan,Jianfeng Sun,Yu Zhou,Lijuan Wang,Mei Yang and Liren Liu,Down-Looking Synthetic Aperture Imaging Ladar Demonstrator and itsExperiments over 1.2 km Outdoor,Chinese Optics Letters,2014,12(11).

发明内容

本发明的目的在于进一步发展直视合成孔径激光成像雷达，提供一种聚束模式直视合成孔径激光成像雷达，该聚束模式直视合成孔径激光成像雷达对于目标的作用累积时间和孔径合成距离可以达到数量级的增加，因此具有很高的系统接收灵敏度和大幅度提高顺轨向成像分辨率，特别适合于大光学足址和远距离应用。

本发明的技术解决方案如下：

一种聚束模式直视合成孔径激光成像雷达，其特点在于由发射端、接收端和光学偏转器构成，所述的发射端包括激光光源、发射偏振分束器、左臂交轨向柱面透镜、左臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器、左臂孔径光阑、左臂顺轨向柱面透镜、左臂顺轨向柱面透镜顺轨向驱动器、右臂交轨向柱面透镜、右臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器、右臂孔径光阑、右臂顺轨向柱面透镜、右臂顺轨向柱面透镜顺轨向驱动器、发射偏振合束器和发射主镜；所述的接收端包括接收望远镜、偏振干涉自差同相和90°相移双通道光电接收机、AD变换器、复数化转换器、图像处理和系统控制计算机；所述的光学偏转器使所述的发射端和接收端都指向目标；

在所述的图像处理和系统控制计算机的控制下，激光光源输出的偏振光束经过发射偏振分束器在空间上被偏振分解为两个等强度的偏振正交的左臂偏振光束和右臂偏振光束：所述的左臂偏振光束依次通过所述的左臂交轨向柱面透镜、左臂孔径光阑、左臂顺轨向柱面透镜到达所述的发射偏振合束器，所述的右臂偏振光束依次通过所述的右臂交轨向柱面透镜、右臂孔径光阑和右臂顺轨向柱面透镜到达所述的发射偏振合束器，两路偏振正交光束经所述的发射偏振合束器合成同心同轴光束，并经过所述的发射主镜投视成像于目标16；所述的左臂交轨向柱面透镜通过左臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器产生移动，所述的右臂交轨向柱面透镜通过右臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器产生移动，所述的左臂交轨向柱面透镜和右臂交轨向柱面透镜必须进行相对运动，从而产生目标的交轨向线性相位项调制；左臂顺轨向柱面透镜通过左臂顺轨向柱面透镜顺轨向驱动器产生移动，右臂顺所述的轨向柱面透镜通过右臂顺轨向柱面透镜顺轨向驱动器产生移动，左臂顺轨向柱面透镜和右臂顺轨向柱面透镜必须进行同方向运动，从而产生目标的顺轨向相位二次项历程；所有的柱面透镜通过发射主镜和作用距离的衍射传播成像于目标的目标面上并产生柱面波前；

所述的目标产生目标回波经所述的光学偏转器由所述的接收望远镜接收，并由偏振干涉自差同相和90°相移双通道光电接收机产生回波光电流信号，该回波光电流信号通过所述的AD变换器和复数化转换器产生光电流复数信号，然后再通过所述的图像处理和系统控制计算机产生目标成像的输出图像；所述的光学偏转器使得发射端和接收端产生的光学足址指向并且固定于目标所关注的区域；所述的图像处理和系统控制计算机的图像处理算法采用交轨向傅里叶变换聚焦成像和顺轨向共轭相位历程二次项匹配滤波聚焦成像算法；

目标面坐标系为：交轨方向为x-方向，顺轨方向为y-方向，空间坐标原点(x＝0,y＝0)与时间原点(t＝0)一致，目标面上的发射激光照明光斑与接收视场一致，其共同的作用面积定义为光学足址。

在所述的图像处理和系统控制计算机的控制下：

本雷达的顺轨向柱面波前的顺轨向移动速度和范围必须与光学偏转器的偏转速度和范围相匹配，令雷达的顺轨向运动速度为v，雷达运动轨迹至目标面的距离为Z，则雷达的光学偏转器产生的光学偏转角tanθ(t)应当为近似为

本雷达的顺轨向的采样时间间隔必须与目标凝视时间相匹配，雷达的凝视飞行距离为D'_y＝P_syvT_SP(P_sy≥1)，其中P_sy为雷达凝视飞行距离相对于光学足址宽度的倍数，则聚束模式的目标凝视时间宽度为T_SP；而顺轨向接收光电信号采样数为(S_y≥2)；因此必须有顺轨向的采样时间间隔为上述中的成像分辨率为d_x×d_y，光学足址尺寸为D_x×D_y；

本雷达在目标面的交轨向柱面波前运动速度必须与扫描时间宽度相匹配，即交轨向柱面波前在足趾内的扫描时间宽度应当为T_f＝k_fΔT_y(k_f≤1)，其中k_f表示扫描时间对于采样间隔的利用率，因此交轨向柱面波前运动速度应当为(P_x≥1)，其中P_x表示交轨向柱面波前的尺度利用率；

本雷达在目标面的顺轨向柱面波前运动速度必须与运动距离相匹配，顺轨向柱面波前的运动距离为L_y＝P_lyD_y(P_ly≥1)，其中P_ly表示顺轨向柱面波前的尺度利用率，因此顺轨向柱面波前的运动速度运动应当为

本雷达的平台运动速度，目标面顺轨向柱面波前运动速度和交轨向柱面波前的运动速度应当具有如下关系：一般有v_x＞v＞v_y。

所述的光学偏转器其作用也可以采用直视合成孔径激光成像雷达的整体偏转实现。

所述的左臂交轨向柱面透镜由左臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器产生移动的结构和右臂交轨向柱面透镜由右臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器产生移动的结构可以由带驱动器偏转的反射镜结构替代。

所述的左臂交轨向柱面透镜和右臂交轨向柱面透镜的重合光学中心轴或者反射镜结构的重合光学中心轴可以与发射透镜光轴一致，也可以在交轨向偏离发射透镜光轴。

所述的偏振干涉自差同相和90°相移双通道光电接收机一般采用2×490°空间光桥接器的同相和π/2移相输出结构，也可以替代采用偏振分光棱镜和两个光电探测器的平衡接收结构或者单一检偏镜和单一光电探测器结构。

所述的聚束模式直视合成孔径激光成像雷达在运动平台静止状态下不使用光偏转装置，仅依靠交轨向柱面波前平动和顺轨向柱面波前平动可以产生目标面的二维成像，这是静态合成孔径激光成像。

所述的聚束模式可以直接转化为滑动聚束模式，条件是光学偏转器的偏转速度和雷达平台运动速度失匹。

本发明有如下的明显特点：

1、本发明聚束模式直视合成孔径激光成像雷达，原理上采用光学偏转器使得直视合成孔径激光成像雷达作平行于目标面直线运动时其光学足址固定指向所关注的目标区域，同时直视合成孔径激光成像雷达内部的顺轨向柱面透镜在顺轨向作同步移动，以在光学足址相对静止状态下产生顺轨向波前移动。比较条带扫描模式直视合成孔径激光成像雷达，本发明聚束模式直视合成孔径激光成像雷达对于目标的凝视作用时间和顺轨向孔径合成距离可以高达数量级的增长。

2、本发明在运动平台静止状态下可以实现静态合成孔径激光成像，在雷达平台的运动速度与光学偏转器的偏转速度失匹下可以实现滑动聚束模式。

本发明的技术效果如下：

1、条幅扫描模式的直视合成孔径激光成像雷达在最多为一个顺轨向分辩单元运行时间内进行目标的交轨向线性相位项数据的收集，在一个光斑照明运行时间内进行目标的顺轨向相位二次项历程数据的收集，而本发明的聚束模式直视合成孔径激光成像雷达可以具有数量级增长的凝视作用时间，目标在交轨向和顺轨向作用时间的增长表明接收能量累积时间的增长，从而产生很高接收灵敏度，同时作用时间的增长也表明顺轨向孔径合成距离的增加，从而导致可很高提高的顺轨向成像分辨率。

2、本发明保留了先期条幅扫描模式直视合成孔径激光成像雷达的固有特点和优点，包括：非常有效的降低了大气、运动平台、光雷达系统本身等的相位干扰的影响；照明光斑可以很大，接收口径可以很大，因此能够获得较大的光学足趾和较强的回波接收功率；允许使用低质量的接收光学系统；不需要光学延时线；采用直视观察成像无阴影。

附图说明

图1是本发明聚束模式直视合成孔径激光成像雷达的原理图。

图2是本发明聚束模式直视合成孔径激光成像雷达的一个实施例的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

先请参阅图1，图1是本发明聚束模式直视合成孔径激光成像雷达的原理图。由图可见，本发明聚束模式直视合成孔径激光成像雷达，由发射端、接收端和光学偏转器构成，所述的发射端包括激光光源1、发射偏振分束器2、左臂交轨向柱面透镜3、左臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器4、左臂孔径光阑5、左臂顺轨向柱面透镜6、左臂顺轨向柱面透镜顺轨向驱动器7、右臂交轨向柱面透镜8、右臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器9、右臂孔径光阑10、右臂顺轨向柱面透镜11、右臂顺轨向柱面透镜顺轨向驱动器12、发射偏振合束器13和发射主镜14；所述的接收端包括接收望远镜17、偏振干涉自差同相和90°相移双通道光电接收机18、AD变换器19、复数化转换器20、图像处理和系统控制计算机21，以及输出图像22；所述的光学偏转器15使所述的发射端和接收端都指向目标16；

在所述的图像处理和系统控制计算机21的控制下，激光光源1输出的偏振光束经过发射偏振分束器2在空间上被偏振分解为两个等强度的偏振正交的左臂偏振光束和右臂偏振光束：所述的左臂偏振光束依次通过所述的左臂交轨向柱面透镜3、左臂孔径光阑5、左臂顺轨向柱面透镜6到达所述的发射偏振合束器13，所述的右臂偏振光束依次通过所述的右臂交轨向柱面透镜8、右臂孔径光阑9和右臂顺轨向柱面透镜11到达所述的发射偏振合束器1)，两路偏振正交光束经所述的发射偏振合束器13合成同心同轴光束，并经过所述的发射主镜14投视成像于目标16；所述的左臂交轨向柱面透镜3通过左臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器4产生移动，所述的右臂交轨向柱面透镜8通过右臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器9产生移动，所述的左臂交轨向柱面透镜3和右臂交轨向柱面透镜8必须进行相对运动，从而产生目标的交轨向线性相位项调制；左臂顺轨向柱面透镜6通过左臂顺轨向柱面透镜顺轨向驱动器7产生移动，右臂顺所述的轨向柱面透镜11通过右臂顺轨向柱面透镜顺轨向驱动器12产生移动，左臂顺轨向柱面透镜6和右臂顺轨向柱面透镜11必须进行同方向运动，从而产生目标的顺轨向相位二次项历程；所有的柱面透镜通过发射主镜14和作用距离的衍射传播成像于目标16的目标面上并产生柱面波前；

所述的目标16产生目标回波经所述的光学偏转器15由所述的接收望远镜17接收，并由偏振干涉自差同相和90°相移双通道光电接收机18产生回波光电流信号，该回波光电流信号通过所述的AD变换器19和复数化转换器20产生光电流复数信号，然后再通过所述的图像处理和系统控制计算机21产生目标成像的输出图像22；所述的光学偏转器15使得发射端和接收端产生的光学足址指向并且固定于目标16所关注的区域；所述的图像处理和系统控制计算机21的图像处理算法采用交轨向傅里叶变换聚焦成像和顺轨向共轭相位历程二次项匹配滤波聚焦成像算法；

目标面坐标系为：交轨方向为x-方向，顺轨方向为y-方向，空间坐标原点(x＝0,y＝0)与时间原点(t＝0)一致。目标面上的发射激光照明光斑与接收视场一致，其共同的作用面积定义为光学足址。

在所述的图像处理和系统控制计算机21的控制下：

本雷达的顺轨向柱面波前的顺轨向移动速度和范围必须与光学偏转器的偏转速度和范围相匹配，令雷达的顺轨向运动速度为v，雷达运动轨迹至目标面的距离为Z，则雷达的光学偏转器产生的光学偏转角tanθ(t)应当为近似为

本雷达的顺轨向的采样时间间隔必须与目标凝视时间相匹配，雷达的凝视飞行距离为D'_y＝P_syvT_SP(P_sy≥1)，其中P_sy为雷达凝视飞行距离相对于光学足址宽度的倍数，则聚束模式的目标凝视时间宽度为T_SP；而顺轨向接收光电信号采样数为(S_y≥2)；因此必须有顺轨向的采样时间间隔为上述中的成像分辨率为d_x×d_y，光学足址尺寸为D_x×D_y；

本雷达在目标面的交轨向柱面波前运动速度必须与扫描时间宽度相匹配，即交轨向柱面波前在足趾内的扫描时间宽度应当为T_f＝k_fΔT_y(k_f≤1)，其中k_f表示扫描时间对于采样间隔的利用率，因此交轨向柱面波前运动速度应当为(P_x≥1)，其中P_x表示交轨向柱面波前的尺度利用率；

本雷达在目标面的顺轨向柱面波前运动速度必须与运动距离相匹配，顺轨向柱面波前的运动距离为L_y＝P_lyD_y(P_ly≥1)，其中P_ly表示顺轨向柱面波前的尺度利用率，因此顺轨向柱面波前的运动速度运动应当为

本雷达的平台运动速度，目标面顺轨向柱面波前运动速度和交轨向柱面波前的运动速度应当具有如下关系：一般有v_x＞v＞v_y。

图2是本发明聚束模式直视合成孔径激光成像雷达实施例的结构图，实施例结构部件相对于基本原理结构部件的对应关系见于表1。

表1 实施例结构部件相对于基本原理结构部件的对应关系

聚束模式直视合成孔径激光成像雷达的运动速度和光学偏转器的偏转速度必须相匹配，令雷达的顺轨向运动速度为v，雷达运动轨迹至目标面的距离为Z，则雷达的光学偏转器产生的光轴偏转角tanθ(t)为：

近似为

对于目标的二维信息数据获取过程如下：

交轨向柱面透镜1和交轨向柱面透镜3可以为正透镜或者负透镜，现均采用负透镜，焦距为f'_x，其相位分布为二次项顺轨向柱面透镜2和顺轨向柱面透镜4的负号应当相反，取柱面透镜2的相位分布为柱面透镜4的相位分布为其焦距为f'_y。柱面透镜1和柱面透镜2应当尽量靠近窗口1，柱面透镜3和柱面透镜4应当尽量靠近窗口2。

交轨向柱面透镜的扫描从静态固定位置开始，到达终点后再开始返回固定点。因此前一段扫描称之为正向扫描，后一段扫描称之为反向扫描。

对于正向扫描(记作n为偶数)，左臂垂直偏振光束和右臂水平偏振光束在各自光阑位置上的内光场可以分别表达为：

其中，光阑窗口宽度为W_x×W_y，v'_x和v'_y分别为交轨向柱面透镜和顺轨向柱面透镜的运动速度，t_f,n为快时间。

由发射主镜产生的发射光场通过夫琅和费衍射到达目标面，因此目标面上的光场事实上是内光场的(-M)倍尺度放大，其中Z是目标距离，f_t是发射主镜焦距。忽略水平偏振光束和垂直偏振光束的相同相位因子如夫琅和费衍射相位二次项，因此正向扫描的左臂垂直偏振光束和右臂水平偏振光束在目标面上的外光场分别表达为：

其中，v_x＝Mv'_x，v_y＝Mv'_y，ΔY＝v_yΔT_y为顺轨向采样距离间隔，光学足址的尺度为D_x×D_y＝MW_x×MW_y，上述所有的柱面透镜通过发射主镜和作用距离的衍射成像于目标面上，产生的柱面波前的等效焦距为f_x＝M²f'_x和f_y＝M²f'_y，C₁是包含与光束的透射和衍射传播以及大气透过率有关的常数。

上述公式中还有如下的参数设定：

(1)以顺轨向平台运动速度为v，聚束模式的目标凝视时间宽度为T_SP，则雷达的飞行距离为D'_y＝vT_SP，或者记作顺轨向足址宽度的倍数D'_y＝P_syD_y(P_sy≥1)。顺轨向接收光电信号采样数为其中S_y为基本分辨率数的采样倍数，因此顺轨向的采样时间间隔为成像分辨率为d_x×d_y。

(2)交轨向柱面波面在足趾内的扫描时间宽度为T_f＝k_fΔT_y(k_f≤1)，其中k_f表示扫描时间对于采样间隔的利用率。交轨向柱面二次项波面运动速度为(P_x≥1)，其中P_x表示交轨向柱面镜的尺度利用率。交轨向柱面波面在一个足趾内的扫描时间为因此要求T_D≤T_f≤ΔT_y。

(3)顺轨向柱面波面的运动距离为L_y＝P_lyD_y(P_ly≥1)，其中P_ly表示顺轨向柱面波面的尺度利用率。由于扫描时间为T_SP，因此顺轨向柱面波面的运动速度为可见步进距离为

(4)因此可以求得雷达平台移动速度，顺轨向柱面波前扫描速度和交轨向柱面波前扫描速度之间的关系为和一般有v_x＞v＞v_y。

采用一个目标点来分析回波收集情况。目标回波由接收望远镜接收，从目标到光学望远镜接收天线的传播也用夫琅和费衍射描述，在光学接收天线平面上的正向扫描的垂直偏振和水平偏振的接收场强分别为：

其中，C₂包含光束的透射，衍射传播，大气透过，目标点的光场反射率有关的常数。

正向扫描时的探测接收通过2×490°光学桥接器双通道平衡光电探测和复数化器件的输出的复数电流为：

其中C₃为与光电探测率，接收望远镜主镜接收面积等等有关的因子。

对于反向扫描(记作n为奇数)，存在v_x＝-v_x，因此反向扫描的探测接收通过2×490°光学桥接器双通道平衡光电探测和复数化器件的输出的复数电流为：

对于所收集的目标二维数据的成像处理过程如下：

信息处理采用传统的交轨向傅立叶变换聚焦和顺轨向共轭相位二次项匹配滤波聚焦成像算法。首先对目标回波进行交轨向聚焦成像，对于正向扫描产生的复数电流采用正傅里叶变换：

其中傅里叶变换为

符号*表示卷积积分，其中傅立叶变换变量关系为因此交轨聚焦像最终为：

应当注意反向扫描采用逆傅里叶变换，其交轨向聚焦像为：

正向扫描和反向扫描采用逆傅里叶变换相加得到完整的交轨向聚焦像为：

其中C₄是傅立叶变换有关常数因子。

因此交轨向成像位置为

x_n＝x_p. (7a)

交轨向成像分辨率用点扩散函数的零值全宽度表达为：

下一步实现顺轨向匹配滤波聚焦成像。顺轨向采用二次项相位历程的共轭匹配滤波聚焦成像，滤波函数为相位历程二次项的共轭函数：

在足够的采样频率下可以采用连续函数逼近以取得解析表达，我们有二次项匹配滤波方程：

其中C₅是卷积有关常数因子。

因此，最终的二维聚焦成像输出为：

因此顺轨向成像位置为：

y＝y_p. (10a)

顺轨向成像分辨率用点扩散函数的零值全宽度表达为：

相对于条幅扫描描述直视合成孔径激光成像雷达，合成孔径长度增加了P_ly倍，表明顺轨向成像分辨率有一个缩小因子：

其中d_y(T)表示条带扫描模式的顺轨向分辨率，可见相应分辨率提高了P_ly倍。同样，相对于条幅扫描描述直视合成孔径激光成像雷达，接收能量积分常数因子有一个倍增因子：

这代表了聚束模式相对于条带扫描模式的系统灵敏度的平方倍的提升倍数。

由于P_ly可以达到10倍以上，因此条幅扫描描述直视合成孔径激光成像雷达的系统灵敏度和交轨向成像分辨率具有相当大的提升效果。

为了保证顺轨向采样数据的准确还原保真，顺轨向接收光电信号采样数为应当满足

S_y≥2. (13)

为了保证交轨向采样数据的准确还原保真，交轨向的空间采样应当满足因为交轨向采样间隔为则应当有：

Claims (7)

1.一种聚束模式直视合成孔径激光成像雷达，其特征在于由发射端、接收端和光学偏转器构成，所述的发射端包括激光光源、发射偏振分束器、左臂交轨向柱面透镜、左臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器、左臂孔径光阑、左臂顺轨向柱面透镜、左臂顺轨向柱面透镜顺轨向驱动器、右臂交轨向柱面透镜、右臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器、右臂孔径光阑、右臂顺轨向柱面透镜、右臂顺轨向柱面透镜顺轨向驱动器、发射偏振合束器和发射主镜；所述的接收端包括接收望远镜、偏振干涉自差同相和90°相移双通道光电接收机、AD变换器、复数化转换器、图像处理和系统控制计算机；所述的光学偏转器使所述的发射端和接收端都指向目标；

在所述的图像处理和系统控制计算机的控制下，所述的激光光源输出的偏振光束经过发射偏振分束器在空间上被偏振分解为两个等强度的偏振正交的左臂偏振光束和右臂偏振光束：所述的左臂偏振光束依次通过所述的左臂交轨向柱面透镜、左臂孔径光阑、左臂顺轨向柱面透镜到达所述的发射偏振合束器，所述的右臂偏振光束依次通过所述的右臂交轨向柱面透镜、右臂孔径光阑和右臂顺轨向柱面透镜到达所述的发射偏振合束器，两路偏振正交光束经所述的发射偏振合束器合成同心同轴光束，并经过所述的发射主镜投视成像于目标(16)；所述的左臂交轨向柱面透镜通过左臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器产生移动，所述的右臂交轨向柱面透镜通过右臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器产生移动，所述的左臂交轨向柱面透镜和右臂交轨向柱面透镜必须进行相对运动，从而产生目标的交轨向线性相位项调制；左臂顺轨向柱面透镜通过左臂顺轨向柱面透镜顺轨向驱动器产生移动，右臂顺轨向柱面透镜通过右臂顺轨向柱面透镜顺轨向驱动器产生移动，左臂顺轨向柱面透镜和右臂顺轨向柱面透镜必须进行同方向运动，从而产生目标的顺轨向相位二次项历程；所有的柱面透镜通过发射主镜和作用距离的衍射传播成像于目标的目标面上并产生柱面波前；

所述的目标产生目标回波经所述的光学偏转器由所述的接收望远镜接收，并由偏振干涉自差同相和90°相移双通道光电接收机产生回波光电流信号，该回波光电流信号通过所述的AD变换器和复数化转换器产生光电流复数信号，然后再通过所述的图像处理和系统控制计算机产生目标成像的输出图像；所述的光学偏转器使得发射端和接收端产生的光学足址指向并且固定于目标所关注的区域；所述的图像处理和系统控制计算机的图像处理算法采用交轨向傅里叶变换聚焦成像和顺轨向共轭相位历程二次项匹配滤波聚焦成像算法；

目标面坐标系为：交轨方向为x-方向，顺轨方向为y-方向，空间坐标原点x＝0,y＝0与时间原点t＝0一致，目标面上的发射激光照明光斑与接收视场一致，其共同的作用面积定义为光学足址；

在所述的图像处理和系统控制计算机的控制下：

该雷达的顺轨向柱面波前的顺轨向移动速度和范围必须与光学偏转器的偏转速度和范围相匹配，令雷达的顺轨向运动速度为v，雷达运动轨迹至目标面的距离为Z，则雷达的光学偏转器产生的光学偏转角tanθ(t)应当为近似为

该雷达的顺轨向的采样时间间隔必须与目标凝视时间相匹配，雷达的凝视飞行距离为D'_y＝P_syvT_SP，P_sy≥1，其中P_sy为雷达凝视飞行距离相对于光学足址宽度的倍数，则聚束模式的目标凝视时间宽度为T_SP；而顺轨向接收光电信号采样数为S_y≥2；因此必须有顺轨向的采样时间间隔为上述中的成像分辨率为d_x×d_y，光学足址尺寸为D_x×D_y；

该雷达在目标面的交轨向柱面波前运动速度必须与扫描时间宽度相匹配，即交轨向柱面波前在足趾内的扫描时间宽度应当为T_f＝k_fΔT_y，k_f≤1，其中k_f表示扫描时间对于采样间隔的利用率，因此交轨向柱面波前运动速度应当为P_x≥1，其中P_x表示交轨向柱面波前的尺度利用率；

该雷达在目标面的顺轨向柱面波前运动速度必须与运动距离相匹配，顺轨向柱面波前的运动距离为L_y＝P_lyD_y，P_ly≥1，其中P_ly表示顺轨向柱面波前的尺度利用率，因此顺轨向柱面波前的运动速度运动应当为

该雷达的平台运动速度，目标面顺轨向柱面波前运动速度和交轨向柱面波前的运动速度应当具有如下关系：v_x＞v＞v_y。

2.根据权利要求1所述的聚束模式直视合成孔径激光成像雷达，其特征在于所述的光学偏转器采用直视合成孔径激光成像雷达的整体偏转实现。

3.根据权利要求1所述的聚束模式直视合成孔径激光成像雷达，其特征在于所述的左臂交轨向柱面透镜由左臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器产生移动的结构和右臂交轨向柱面透镜由右臂交轨向柱面透镜交轨向驱动器产生移动的结构由带驱动器偏转的反射镜结构替代。

4.根据权利要求1或3所述的聚束模式直视合成孔径激光成像雷达，其特征在于所述的左臂交轨向柱面透镜和右臂交轨向柱面透镜的重合光学中心轴与所述的发射主镜光轴一致，或在交轨向偏离发射主镜光轴。

5.根据权利要求1所述的聚束模式直视合成孔径激光成像雷达，其特征在于所述的偏振干涉自差同相和90°相移双通道光电接收机采用2×490°空间光桥接器的同相和π/2移相输出结构、采用偏振分光棱镜和两个光电探测器的平衡接收结构或者采用单一检偏镜和单一光电探测器结构。

6.根据权利要求1所述的聚束模式直视合成孔径激光成像雷达，其特征在于所述的聚束模式直视合成孔径激光成像雷达在运动平台静止状态下不使用光偏转装置，仅依靠交轨向柱面波前平动和顺轨向柱面波前平动可以产生目标面的二维成像，这是静态合成孔径激光成像。

7.根据权利要求1至3任一项所述的聚束模式直视合成孔径激光成像雷达，其特征在于该雷达所述的聚束模式，在光学偏转器的偏转速度和雷达平台运动速度失匹的条件下直接转化为滑动聚束模式。