[發(fā)明專利]激光雷達(dá)雙程光傳輸模擬與測(cè)距性能檢測(cè)裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710046880.6
• 申請(qǐng)日: 2007-10-10
• 公開（公告）號(hào): CN101131430A
• 公開（公告）日: 2008-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閆愛(ài)民;王利娟;劉德安;欒竹;孫建鋒;周煜;劉立人
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): G01S7/497
• 分類號(hào): G01S7/497;G01S17/00;G01S17/08
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 張澤純

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明與激光雷達(dá)有關(guān)，是一種在自由空間激光雷達(dá)雙程光傳輸模擬與測(cè)距性能檢測(cè)裝置，主要用于激光雷達(dá)信號(hào)的空間遠(yuǎn)場(chǎng)來(lái)回雙程傳輸性能的檢測(cè)和測(cè)距性能的檢測(cè)。

背景技術(shù)

激光雷達(dá)因其極高的頻域、空域和時(shí)域分辨率而在目標(biāo)探測(cè)、跟蹤、瞄準(zhǔn)和成像識(shí)別等方面得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。激光雷達(dá)與探測(cè)目標(biāo)之間通常涉及數(shù)十米至數(shù)千公里甚至更遠(yuǎn)距離的光波的傳輸，因此對(duì)于遠(yuǎn)距離探測(cè)目標(biāo)來(lái)說(shuō)不可能在遠(yuǎn)距離上直接完成激光雷達(dá)整個(gè)系統(tǒng)或分系統(tǒng)的檢測(cè)和驗(yàn)證，特別是在航天和航空應(yīng)用時(shí)，更不可能實(shí)地進(jìn)行檢測(cè)。因此，必須發(fā)展在地面或者實(shí)驗(yàn)室模擬空間遠(yuǎn)場(chǎng)傳輸?shù)墓鈱W(xué)裝置以及相應(yīng)的測(cè)距性能檢測(cè)設(shè)備。

對(duì)于自由空間激光遠(yuǎn)場(chǎng)傳輸?shù)牡孛婺M通常可以采用半物理半仿真或全物理仿真的方法。全物理模擬仿真的方法是地面實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)驗(yàn)證平臺(tái)首選的方法，它不需要額外假設(shè)任何參數(shù)即可在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)發(fā)射信號(hào)的空間遠(yuǎn)場(chǎng)傳輸性能進(jìn)行檢測(cè)。由傅立葉光學(xué)可知，光學(xué)透鏡的傅立葉變換可以實(shí)現(xiàn)光束近場(chǎng)分布到遠(yuǎn)場(chǎng)分布的轉(zhuǎn)換。在國(guó)際上，日本考慮了采用長(zhǎng)焦距透鏡和有限孔徑空間濾波的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)光束的較遠(yuǎn)距離傳輸模擬(參見(jiàn)：[1]K.Inagaki，M.Nohara，K.Araki，et?al.，F(xiàn)ree-space?simulatorfor?laser?transmission，”Proc.SPIE，Vol.1417，pp.160～169，1991.)它們?cè)O(shè)計(jì)和研制了17.5m焦距的平行光管，只是模擬了最大為50公里的傳輸距離。

L.?Wan等人(參見(jiàn)：[2]L.?Wan，L.?Liu，M.Zhang，et?al.，“An?optical?simulator?forfree-space?laser?long-distance?propagation”，Proc.SPIE，Vol.5550，pp.399-404，2004.)根據(jù)光學(xué)透鏡的傅立葉變換性質(zhì)，提出了采用光學(xué)傅立葉變換加級(jí)聯(lián)光學(xué)成像放大，并結(jié)合有限口徑比例接收的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)自由空間激光光束遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)室模擬，最大等效傳輸距離達(dá)2.4×10⁵公里。該模擬裝置雖然對(duì)衛(wèi)星之間激光通信中信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸性能可以進(jìn)行全物理的實(shí)驗(yàn)室模擬，但是對(duì)于激光雷達(dá)信號(hào)的雙程傳輸來(lái)講，該裝置只能模擬激光雷達(dá)信號(hào)空間遠(yuǎn)距離的單程傳播，必須再附加雷達(dá)方程估算和實(shí)驗(yàn)?zāi)M分析等手段才能半物理半仿真的模擬激光雷達(dá)雙程遠(yuǎn)距離傳輸?shù)男阅堋?/p>

美國(guó)麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室的AROSTF激光雷達(dá)檢測(cè)驗(yàn)證平臺(tái)(參見(jiàn)：[3]L.A.Jiang，D.R.Schue，D.C.Harrison，et?al.，“Active?range?of?the?Optical?Systems?TestFacility?at?MIT?Lincoln?Laboratory”，Proc.SPIE，Vol.6214，pp.62140Q，2006.)采用的方法是：目標(biāo)的照明是在激光發(fā)射的近場(chǎng)，用發(fā)射光束直接照明100米距離處直徑1m的目標(biāo)。遠(yuǎn)場(chǎng)仿真器由口徑1m焦距20m的望遠(yuǎn)鏡，變焦鏡和空間濾波器構(gòu)成，接收系統(tǒng)處于遠(yuǎn)場(chǎng)。其空間遠(yuǎn)場(chǎng)傳輸性能檢測(cè)采用近場(chǎng)聯(lián)合遠(yuǎn)場(chǎng)模擬的方式完成，不能真實(shí)模擬激光雷達(dá)中的光束雙程遠(yuǎn)場(chǎng)傳輸。

總之，在地面實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)激光雷達(dá)的空間遠(yuǎn)場(chǎng)傳輸性能進(jìn)行遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)射和遠(yuǎn)場(chǎng)接收的全物理仿真的模擬裝置至今還未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種激光雷達(dá)雙程光傳輸模擬與測(cè)距性能檢測(cè)裝置，它基于光學(xué)傅立葉變換和光學(xué)成像放大的原理實(shí)現(xiàn)光束的近場(chǎng)分布向遠(yuǎn)場(chǎng)分布的轉(zhuǎn)換，在焦面上放置小孔濾波器實(shí)現(xiàn)光束傳輸距離的比例縮小，由此解決在地面實(shí)驗(yàn)室內(nèi)直接實(shí)現(xiàn)激光雷達(dá)的空間遠(yuǎn)場(chǎng)雙程傳輸性能和測(cè)距性能的檢測(cè)和驗(yàn)證問(wèn)題。本發(fā)明的模擬方案屬于全物理仿真，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，原理可靠。

本發(fā)明的具體技術(shù)解決方案如下：

一種激光雷達(dá)雙程光傳輸模擬與測(cè)距性能檢測(cè)裝置，其構(gòu)成包括沿光束方向依次的：被測(cè)激光雷達(dá)、第一光束傳輸模擬器、散射屏、第二光束傳輸模擬器、衰減器、變焦會(huì)聚透鏡和光電探測(cè)器。

所述的第一光束傳輸模擬器由第一傅立葉變換透鏡、第一成像放大器、第一透反鏡、第二透反鏡和第一孔徑光闌構(gòu)成，第一孔徑光闌位于第一成像放大器的像面。

在所述的第二透反鏡的橫向設(shè)有目標(biāo)反射噪聲發(fā)生器及目標(biāo)反射噪聲變換光學(xué)系統(tǒng)。

所述的第二光束傳輸模擬器由第二傅立葉變換透鏡、第二成像放大器、第三透反鏡和第二孔徑光闌構(gòu)成，第二孔徑光闌位于第二成像放大器的像面。

在所述的第三透反鏡的橫向還設(shè)有背景噪聲發(fā)生器及背景噪聲變換光學(xué)系統(tǒng)。