[發明專利]單臂激光外差關聯成像雷達空間后端調制方法及裝置

有效

• 申請號: 202110596746.3
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113050118B
• 公開（公告）日: 2021-08-13
• 發明（設計）人: 潘龍;汪逸群
• 申請（專利權）人: 之江實驗室
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89;G01S7/484;G01S7/4861
• 代理公司: 北京志霖恒遠知識產權代理事務所(普通合伙) 11435
• 代理人: 奚麗萍

本發明公開了一種單臂激光外差關聯成像雷達空間后端調制方法及裝置，是基于數字微鏡器件的單臂激光外差關聯成像。本發明利用數字微鏡器件可以加載多種空間調制花樣，可以將優化后的空間花樣調制光場。相比于毛玻璃上固定的復指數花樣，優化后的空間花樣可以實現更高對比度，更高采樣效率；將脈沖壓縮技術運用到基于后端調制的單臂激光關聯成像中，使得系統能夠以的采樣速率實現高的測距精度，同時提高了單脈沖能量，增強了系統對環境的魯棒性，而且抗噪性高。

技術領域

本發明涉及外差探測的關聯成像領域，更具體的說，本發明涉及一種單臂激光外差關聯成像雷達空間后端調制裝置。

背景技術

當今社會，越來越多的應用需求、越來越高的技術要求催生了一系列行業。遙感探測、自動駕駛、定點區域安防、偵察監視等領域需求的提升促進了遠距離高分辨成像技術的發展。主動與被動成像探測技術是當今成像技術的兩個分支。被動式成像依托環境輻射或者目標自身輻射成像，常可進行遠距離成像，但受限于環境噪聲和目標輻射強度，常不具有全天時特性。主動成像探測技術利用主動照明的電磁輻射，可對遠距離目標進行全天時成像，常成為全天時觀測的唯一手段。基于主動成像技術發展的成像雷達技術和成像激光雷達技術是當今的主流發展方向。激光成像雷達因激光波長較雷達波長小５個數量級左右，具有更高的分辨率與更小的發散角而受到越來越多重視。激光成像雷達又分為傳統激光成像雷達與激光關聯成像雷達。傳統激光雷達是可以認為是基于點到點成像，激光關聯成像雷達則是一種面到點的成像雷達。理論上，激光關聯成像雷達對于自然目標場景具有高的采樣效率，尤其是對于目標稀疏度高的場景，能以遠低于奈奎斯特采樣精確恢復目標。此外，激光關聯成像雷達還具有高的接收靈敏度與一定的抵抗大氣湍流的能力。因此激光關聯成像雷達技術的發展越來越受到重視。

2012年中科院上海光學精密機械研究所成功研制首臺遠距離激光關聯成像雷達，并在城市復雜場景下對0.9km處目標實現了優于0.05mrad高分辨率成像。激光關聯成像雷達的發展才真正從室內走向了外場，從室內走向了室外，由此發展出了一系列激光關聯成像雷達。然而這些激光雷達的均基于窄脈沖發射-直接強度探測技術。受制于激光單脈沖能量的限制，窄脈沖激光雷達存在測距分辨率與單脈沖能量限制。因此，發展出了基于脈沖壓縮的長脈沖激光外差關聯成像雷達與相干探測激光關聯成像雷達。

需要指出的是，單臂關聯成像技術沒有大數據量的參考光路，可以進行快速發射而受到重視。單臂關聯成像目前主要有基于數字微鏡器件（DMD）、空間光調制器（SLM）、毛玻璃的三種空間光調制方案。基于DMD、SLM的方案數據量小，尤其基于DMD的方案可實現22Khz的采樣速率，而更受關注。DMD與SLM的損傷閾值相較于毛玻璃而言相差太多，而遠距離探測需要發射高能量的脈沖，因此單臂激光關聯成像雷達中常采用的基于毛玻璃的空間光調制方案。然而毛玻璃卻存在發散角大，激光能量利用率低的問題。因此，基于毛玻璃的空間光調制方案雖然在實際采用，卻仍有很大不足。

發明內容

本發明的目的在于解決現有上述的問題，提供了一種單臂激光外差關聯成像雷達空間后端調制方法及裝置。

為實現以上目的，本發明的技術方案是一種單臂激光外差關聯成像雷達空間后端調制方法，其特征在于，包括以下步驟：

1.1、構建光路，預先生成空間調制花樣，并將其加載到數字微鏡器件上；

1.2、設置測量所需的啁啾信號參數；

1.3、打開連續光纖激光器和工控機，控制啁啾信號源和數字微鏡器件工作，測量、采集關聯運算所需的差頻信號；

1.4、 工控機對采集的信號處理，將工控機采集的測量信號進行快速傅里葉變換并找到頻譜峰對應位置與強度并存儲；

1.5、 將測量得到的頻譜強度與預先加載的空間調制花樣進行關聯運算，得到位置圖像；

1.6、根據目標距離將不同位置距離上的空間二維圖像堆疊成三維圖像。