CN105372673B - 基于声光移频器的收发式一体逆合成孔径激光雷达系统 - Google Patents

基于声光移频器的收发式一体逆合成孔径激光雷达系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于声光移频器的收发式一体逆合成孔径激光雷达系统，激光器发射的激光光束经偏振分光器分束，其中一路经第一个角锥棱镜、光纤光栅、第一个分光棱镜、1/4波片、第一个光阑、望远系统照射到目标上后反射回来到达第一个分光棱镜反射到第二个分光棱镜上分成两路光；另一路经声光移频器、第二个角锥棱镜、第二个分光棱镜后分成两路光与前一路光束都分成的两路分别经第二光阑、第三光阑、检偏器，光电探测器和检偏器，光电探测器后产生的两个电信号经前置放大器、混频器、信号处理器后对所得信号进行处理。本发明是收发一体的整体设计，提高了信噪比；且提高了分辨率。

Description

基于声光移频器的收发式一体逆合成孔径激光雷达系统
技术领域
本发明涉及光电测量系统设计领域，具体涉及基于声光移频器的收发式一体逆合成孔径激光雷达系统。
背景技术
高分辨率观测要求分辨率较高，观测距离较远，测绘带宽较大。合成孔径激光雷达(Synthetic Aperture Ladar,SAL)对于感兴趣的目标设施观测有很高的分辨率。SAL技术的研究已经被列入到国家高分辨率观测的发展规划中，SAL的分辨率是对目标观测手段的一个必要补充手段。
但是现有技术中的雷达观测信噪比和分辨率均较低。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种可提高信噪比和分辨率的基于声光移频器的收发式一体逆合成孔径激光雷达系统。
为实现上述目的，本发明公开了如下技术方案：
基于声光移频器的收发式一体逆合成孔径激光雷达系统，其特征在于，包括激光器，激光器发射的激光光束经偏振分光器分束成第一光束和第二光束，其中第一光束经第一角锥棱镜反射经过光纤光栅到达第一分光棱镜分成第三光束和第四光束；
第三光束反射出去，不干涉整个系统，第四光束经1/4波片入射经第一光阑到望远系统后扩束照射到目标上反射，经原路返回到第一分光棱镜并被分成第五光束和第六光束；
第五光束透射第一分光棱镜被光纤光栅阻拦，第六光束反射到第二分光棱镜上分成第七光束和第八光束，第七光束透射第二分光棱镜，第八光束反射到第三光阑；
第二光束经声光移频器后产生移频，再经过第二角锥棱镜反射到第二分光棱镜后分成第九光束和第十光束，第九光束透射第二分光棱镜，第十光束反射到第二光阑；
第九光束和前一路第八光束经过第三光阑、第二检偏器和第二光电探测器，产生第一电信号；
第十光束和前一路第七光束经过第二光阑、第一检偏器、第一光电探测器，产生第二电信号；
第一电信号和第二电信号共同经前置放大器后到达混频器，经混频器混频后输入到信号处理器进行信号处理。
进一步的，所述激光器发出的光束线宽小于1MHz，使得测量距离大于150m。
进一步的，所述望远系统用于实现光束的扩束，扩束后的发散角小于mrad。
进一步的，所述第一检偏器和第二检偏器的光轴相互垂直。
进一步的，所述第一光电探测器和第二光电探测器的光轴相互垂直。
本发明公开的基于声光移频器的收发式一体逆合成孔径激光雷达系统，具有以下有益效果：
本发明采用的反射镜实现收发一体，高效的进行目标信息的接收和分析。
本发明中第一检偏器、第一光电探测器和第二检偏器、第二光电放大器两者光轴相互垂直，抵消了信号中的直流成分，提高了信噪比；且使交流信号中的幅值增大一倍，提高了分辨率。
附图说明
图1是本发明的光路流程图；
1-激光器、2-偏振分光器、3-第一角锥棱镜、11-第二角锥棱镜、4-光纤光栅、5-第一分光棱镜、12-第二分光棱镜、6-1/4波片、7-第一光阑、13-第二光阑、14-第三光阑、8-望远系统、9-目标、10-声光移频器、15-前置放大器、16-混频器、17-信号处理器、P1-第一检偏器-、P2-第二检偏器、D1-第一光电探测器、D2-第二光电探测器
具体实施方式
下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步描述。
请参见图1。
基于声光移频器的收发式一体逆合成孔径激光雷达系统，包括激光器1，激光器1发射的激光光束经偏振分光器2分束成第一光束和第二光束，其中第一光束经第一角锥棱镜3反射经过光纤光栅4到达第一分光棱镜5分成第三光束和第四光束；
第三光束反射出去，不干涉整个系统，第四光束经1/4波片6入射经第一光阑7到望远系统8后扩束照射到目标9上反射，经原路返回到第一分光棱镜5并被分成第五光束和第六光束；
第五光束透射第一分光棱镜5被光纤光栅4阻拦，第六光束反射到第二分光棱镜12上分成第七光束和第八光束，第七光束透射第二分光棱镜12，第八光束反射到第三光阑14；
第二光束经声光移频器10后产生移频，再经过第二角锥棱镜11反射到第二分光棱镜12后分成第九光束和第十光束，第九光束透射第二分光棱镜12，第十光束反射到第二光阑13；
第九光束和前一路第八光束经过第三光阑14、第二检偏器P2和第二光电探测器D2，产生第一电信号；
第十光束和前一路第七光束经过第二光阑13、第一检偏器P1、第一光电探测器D1，产生第二电信号；
第一电信号和第二电信号共同经前置放大器15后到达混频器16，经混频器16混频后输入到信号处理器17进行信号处理。
本实施例中，所述激光器1发出的光束线宽小于1MHz，使得测量距离大于150m。
本实施例中，所述望远系统8用于实现光束的扩束，扩束后的发散角小于mrad(毫弧度量级)。
本实施例中，所述第一检偏器P1和第二检偏器P2的光轴相互垂直，第一光电探测器D1和第二光电探测器D2的光轴相互垂直。
本实施例中，所述偏振分光器2用于实现激光光束既可以透射又可以反射，并且在其四围可以发生光的反射；所述角锥棱镜3、11用于实现光的反射；所述光纤光栅4对进入的光无任何影响，但光经过后面系统后相关性质发生改变，对其阻拦，防止对前面激光器输出的光路产生影响；所述分光棱镜5、12用于实现光既可以反射也可以透射；所述1/4波片6用于改变光的偏振态；所述光阑7、13、14用于控制光束的宽度；所述检偏器P1、P2用于检测光的偏振状态；所述光电探测器D1、D2用于实现将两束光差频后转换成电信号；所述前置放大器15用于实现两电信号的放大；所述混频器16用于实现两电信号的混频；所述信号处理器17用于实现混频后的信号处理。
由于这个基于声光移频器的收发式一体逆合成孔径激光雷达系统中经过检偏器P1、P2的光轴相互垂直，抵消了信号中的直流成分，提高了信噪比；且光电探测器D1、D2的光轴相互垂直，使交流信号中的幅值增大一倍，提高了分辨率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还可以对本发明做出的若干改进和补充，这些改进和补充，也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.基于声光频移器的收发式一体逆合成孔径激光雷达系统，其特征在于，包括激光器，激光器发射的激光光束经偏振分光器分束成第一光束和第二光束，其中第一光束经第一角锥棱镜反射经过光纤光栅到达第一分光棱镜分成第三光束和第四光束；
第三光束反射出去，不干涉整个系统，第四光束经1/4波片入射经第一光阑到望远系统后扩束照射到目标上反射，经原路返回到第一分光棱镜并被分成第五光束和第六光束；
第五光束透射第一分光棱镜被光纤光栅阻拦，第六光束反射到第二分光棱镜上分成第七光束和第八光束，第七光束透射第二分光棱镜，第八光束反射到第三光阑；
第二光束经声光频移器后产生频移，再经过第二角锥棱镜反射到第二分光棱镜后分成第九光束和第十光束，第九光束透射第二分光棱镜，第十光束反射到第二光阑；
第九光束和前一路第八光束经过第三光阑、第二检偏器和第二光电探测器，产生第一电信号；
第十光束和前一路第七光束经过第二光阑、第一检偏器、第一光电探测器，产生第二电信号；所述第一检偏器和第二检偏器的光轴相互垂直；所述第一光电探测器和第二光电探测器的光轴相互垂直；
第一电信号和第二电信号共同经前置放大器后到达混频器，经混频器混频后输入到信号处理器进行信号处理。
2.根据权利要求1所述的基于声光频移器的收发式一体逆合成孔径激光雷达系统，其特征在于，所述激光器发出的光束线宽小于1MHz，使得测量距离大于150m。
3.根据权利要求1所述的基于声光频移器的收发式一体逆合成孔径激光雷达系统，其特征在于，所述望远系统用于实现光束的扩束，扩束后的发散角小于mrad。
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