[發明專利]一種液晶光學相控陣變分辨率分束方法

有效

• 申請號: 201810657648.4
• 申請日: 2018-06-25
• 公開（公告）號: CN108828622B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 曹杰;郝群;李毅東;孟令通;張佳利
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89;G01S7/493;G02F1/13
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鮑文娟

1.一種基于二維液晶光柵的變分辨率分束方法，應用于激光仿人眼三維成像雷達系統，所述的激光仿人眼三維成像雷達系統包含系統控制模塊(1)、激光發射模塊(2)、光柵前端光學系統(3)、二維液晶光柵(4)、液晶光柵控制模塊(5)、接收模塊前端光學系統(6)、探測接收模塊(7)、探測識別模塊(8)；激光發射模塊(2)與二維液晶光柵(4)相連，二維液晶光柵(4)由液晶光柵控制模塊(5)控制；光柵前端光學系統(3)接收由激光發射模塊(2)發射的激光脈沖產生光強高斯分布的平面波，平面波經二維液晶光柵(4)調制后出射，在遠場產生分束后的激光采樣光斑；探測接收模塊(7)接收采集由接收模塊前端光學系統(6)接收到的回波信號進行數據處理與識別，系統控制模塊(1)控制探測接收模塊(7)的開關特性以及根據探測識別模塊(8)中數據處理與識別的結果對激光發射模塊、液晶光柵控制模塊進行相應的調控；

系統控制模塊分別依次對液晶光柵控制模塊(5)、激光發射模塊(2)、探測接收模塊(7)發送控制信號，液晶光柵控制模塊(5)按照分辨率要求、分束要求以及偏轉要求產生電壓信號控制二維液晶光柵(4)各通道中的液晶產生特定的偏轉；之后開啟激光發射模塊(2)，經過光柵前端光學系統(3)進行擴束準直進入二維液晶光柵(4)進行相位調制實現預設視場的預設大光斑多光束掃描；與此同時探測接收模塊(7)開啟，對脈沖的飛行時間進行計時；接收到接收模塊前端光學系統(6)的回波信號后通過目標識別算法判斷是否發現可疑目標，若發現目標則執行以目標為中心的仿人眼視網膜多光束掃描，液晶光柵控制模塊(5)的多光束掃描策略根據掃描參數，基于激光能量利用率最大化進行二維液晶光柵(4)電控優化，從而實現激光能量利用率最高的變光斑半徑與掃描軌跡的仿人眼掃描，大幅提高激光仿人眼三維成像雷達系統的集成度與效率；

其特征在于：包括如下步驟，

步驟一：根據預設大光斑多光束掃描要求，結合系統參數算得最大分束數量以及光柵利用率；光斑大小由像素間隔、亞孔徑區域像素數、激光波長以及偏轉角度決定；偏轉方向則由激光波長、液晶光柵控制模塊(5)電控信號與像素間隔決定；分束數量與液晶光柵控制模塊(5)電壓信號有關；

步驟二：設計仿人眼視網膜分束掃描模型；

根據要求給出掃描環數M、每環采樣次數N、第一環光斑半峰全寬D₁、逐環放大倍數q等一系列初始值，之后帶入二維液晶光柵分束優化算法，對分束策略進行設計；與所選二維液晶光柵匹配度低的分束變分辨率策略不僅導致光能和二維液晶光柵利用率低而且將導致遠場產生雜散光斑影響正常的探測，使三維成像出現較大的誤差；選出光能利用率與光柵利用率最高的一組參數作為最終的掃描模型并給出掃描時間以及光柵利用率，實現多光斑掃描以提升成像速度，即完成仿人眼視網膜分束掃描模型設計；

步驟三：根據步驟一、二所述的分束以及變分辨率分束所需參數要求結合二維液晶光柵(4)陣元數O*P、二維液晶光柵驅動模塊(5)電壓分辨率△V、要求最遠探測距離R_max、APD最低響應光強I_min以及偏轉角最大允許誤差△θ_r判斷硬件電路及光路能否滿足具體要求，其中二維液晶光柵(4)陣元數O*P中O為陣列列數P為陣列行數，如果硬件無法達到要求則需要重新對分束掃描模型進行設計，如果滿足要求則進入步驟四；

步驟四：根據步驟一、二的大光斑多光束粗采樣對于光斑大小及視場的要求，給出基于液晶二維光柵(4)的遠場大光斑分束掃描策略，實現適應變分辨率掃描探測中對分辨率變化的需求；

步驟五：根據步驟一、二所得掃描分束策略，依據液晶光柵LUT表制作相應相息圖按序保存或生成相應矩陣按序保存在液晶光柵控制模塊(5)中；

步驟六：基于二維液晶光柵建立掃描成像系統，保證激光發射模塊(2)、光柵前端光學系統(3)與二維液晶光柵(4)的同軸度，并且確保放大準直的高斯光光斑完全覆蓋整個二維液晶光柵(4)工作區域；建立大光斑分束掃描策略與仿人眼視網膜分束掃描策略的切換邏輯并保存到系統控制模塊(1)中；

步驟七：系統控制模塊(1)控制激光發射模塊(2)發射大光斑進行低分辨率掃描，如匹配成功找到可疑目標則以目標為中心進行仿人眼視網膜分束掃描成像；至此完成一次基于激光三維成像的二維液晶光學相控陣變分辨率探測。