專利名稱：雷達(dá)距離/速度光學(xué)處理器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及位置數(shù)據(jù)的間接測(cè)定的裝置，具體地說(shuō)是一種雷達(dá)距離／速度光學(xué)處理器。
在雷達(dá)信號(hào)處理中，通過(guò)對(duì)雷達(dá)信號(hào)模糊函數(shù)的再現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)回波信號(hào)的最佳檢測(cè)和目標(biāo)距離、速度的最佳估計(jì)?；谧畲笮旁氡葴?zhǔn)則的最佳檢測(cè)系統(tǒng)是匹配濾波器(或稱相關(guān)處理器)，在多普勒頻率未知的情況下，為實(shí)現(xiàn)雷達(dá)回波信號(hào)的最佳檢測(cè)，通常采用許多并行的不同中心頻率的匹配濾波電路來(lái)復(fù)蓋整個(gè)可能出現(xiàn)的多普勒頻率范圍，這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。而光學(xué)系統(tǒng)具有二維可作變量能力，以此為基礎(chǔ)的光學(xué)模糊函數(shù)處理器是實(shí)現(xiàn)上述目的有效途徑，且可大大提高信號(hào)處理的適用性及實(shí)時(shí)性。國(guó)外也有此類處理器的研制報(bào)道，如威克遜(G·Waxin)等人利用模糊函數(shù)與相關(guān)積和付里葉變換有關(guān)的特點(diǎn)裝配成實(shí)驗(yàn)用處理器；蓋塞(L·H·Gesell)等人對(duì)托平(T·M·Turpin)提出的馬赫－澤德干涉型模糊函數(shù)處理器作了改進(jìn)，把原來(lái)兩干涉臂上的調(diào)制器——調(diào)制器、偏轉(zhuǎn)器——偏轉(zhuǎn)器這一不對(duì)稱系統(tǒng)改為對(duì)稱系統(tǒng)，即調(diào)制器——偏轉(zhuǎn)器、調(diào)制器——偏轉(zhuǎn)器。從而使光源強(qiáng)度要求降低，探測(cè)器平面上干涉的背景項(xiàng)削弱。但光學(xué)系統(tǒng)未能完全對(duì)稱，且光學(xué)元件較多，無(wú)法小型化，系統(tǒng)穩(wěn)定性及抗干擾能力也有待進(jìn)一步提高。
本實(shí)用新型的目的所提供的雷達(dá)距離／速度光學(xué)處理器是一種全對(duì)稱干涉型模糊函數(shù)處理器，它可為雷達(dá)提供穩(wěn)定、可靠及小型化的信號(hào)處理單元，能克服現(xiàn)有技術(shù)中的處理器之不足。
13、14——平面反射鏡；15——會(huì)聚透鏡；16——合像棱鏡；17——平面探測(cè)器。
如附圖
所示，半導(dǎo)體激光器1發(fā)出的激光束，經(jīng)準(zhǔn)直鏡2成為平行光束，柱面透鏡3使光束在垂直方向會(huì)聚，經(jīng)分像棱鏡4、平面反射鏡5、6分別成像在水平放置的聲光調(diào)制器7、8上，會(huì)聚透鏡9、10(f9＝f10)分別安放在距離兩聲光調(diào)制器7、8焦距位置，使兩光束分別經(jīng)聲光調(diào)制器7、8及會(huì)聚透鏡9、10后，在透鏡9、10后焦面上會(huì)聚成垂直線，并在此位置分別安放聲光偏轉(zhuǎn)器11、12，兩光束透過(guò)聲光偏轉(zhuǎn)器11、12，平面反射鏡13、14及合像棱鏡16，會(huì)聚透鏡15放在距離聲光偏轉(zhuǎn)器11、12焦距位置，使兩光束經(jīng)過(guò)后，在其后焦面上成像為水平直線，該兩條水平直線與聲光調(diào)制器7、8上的水平直線相共軛，它們相互重合并發(fā)生干涉，平面探測(cè)器17放在會(huì)聚透鏡15的后焦面上接收干涉光強(qiáng)。
在兩聲光調(diào)制器7、8上分別饋入聲傳播方向相反的雷達(dá)參考信號(hào)r(t)和回波信號(hào)s(t)(如附圖上箭頭所示)，分別調(diào)制兩路光束，設(shè)回波信號(hào)相對(duì)參考信號(hào)的時(shí)延為τ1，若無(wú)多普勒頻移，則在探測(cè)器時(shí)間軸(水平軸)上τ＝τ1處得到一相關(guān)峰輸出。但當(dāng)回波信號(hào)相對(duì)參考信號(hào)有多普勒頻移ξ1時(shí)，此相關(guān)峰消失。為此，在聲光偏轉(zhuǎn)器11、12上分別加入聲傳播方向相反的線性調(diào)頻信號(hào)c(t)(如圖上箭頭所示)，并分別取它們的＋1和－1階衍射，使它們的合成頻率復(fù)蓋整個(gè)可能出現(xiàn)的多普勒頻率范圍，這一效果實(shí)現(xiàn)了兩水平光線的垂直掃描，并在頻率軸(垂直軸)上ξ＝ξ1處抵消了回波信號(hào)的多普勒頻移，結(jié)果在(τ1，ξ1)處得到時(shí)間——頻率復(fù)合自相關(guān)峰輸出。平面探測(cè)器17上干涉光強(qiáng)分布再現(xiàn)了回波信號(hào)模糊圖所在位置決定了延時(shí)τ1和頻移ξ1。
I(τ，ξ)＝TO｜s(t＋ (τ)/2 )·c(t)｜2dt＋TO｜r(t－ (τ)/2 )·c＊(t)｜2dt＋2cos(kξ)Re〔TOs(t＋ (τ)/2 )·r(t－ (τ)/2 )ej2πξtdt〕式中s(t)——雷達(dá)回波信號(hào)；r(t)——雷達(dá)參考信號(hào)；c(t)——線性調(diào)頻信號(hào)；c＊(t)——對(duì)c(t)取共軛，即?。?階衍射；τ——距離延時(shí)；ξ——多普勒頻移；Re——取實(shí)部；k——與偏轉(zhuǎn)角有關(guān)的常數(shù)；T——探測(cè)器讀出周期。
上式中前兩項(xiàng)為互相關(guān)項(xiàng)，第三項(xiàng)為模糊函數(shù)的實(shí)部與 2cos(kξ)的乘積，因子2cos(kξ)構(gòu)成對(duì)模糊圖的空間調(diào)劑，而不影響其形狀、位置。
本實(shí)用新型采用單頻半導(dǎo)體激光器的功率為100mw，聲光調(diào)制器用15mm長(zhǎng)鉬酸鉛晶體制成，平面探測(cè)器采用256×256 CCD陣列。具有的技術(shù)特征為處理延時(shí)3μs，帶寬100MHz，模糊圖輸出幀頻200Hz。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是它由光源部件、兩干涉臂部件和平面探測(cè)部件組成。光源部件包括激光器、準(zhǔn)直鏡和柱面透鏡，使光束在垂直方向會(huì)聚；兩干涉臂部件包括分像棱鏡，使會(huì)聚的光束經(jīng)兩反射鏡分別成像在兩聲光調(diào)制器上，在距離兩聲光調(diào)制器焦距位置上分別安放會(huì)聚透鏡，使兩光束在會(huì)聚透鏡的后焦面上會(huì)聚成垂直線，兩會(huì)聚透鏡的后焦上分別安放聲光偏轉(zhuǎn)器，兩光束分別經(jīng)聲光偏轉(zhuǎn)器、平面反射鏡到合像棱鏡會(huì)合；平面探測(cè)部件包括會(huì)聚透鏡，安放在會(huì)聚透鏡后焦面上的平面探測(cè)器，會(huì)聚透鏡安放在距離聲光偏轉(zhuǎn)器焦距位置，兩光束經(jīng)透鏡成像為水平直線。這兩條水平直線分別與兩聲光調(diào)制器上的水平直線相共軛，它們相互重合，并發(fā)生干涉，被平面探測(cè)器所接收。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比其優(yōu)點(diǎn)是1.與蓋塞系統(tǒng)相比，光學(xué)元件少、結(jié)構(gòu)緊湊、制造容易。
2.由于結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱，具有較強(qiáng)的抑制干擾能力。
3.可在聲光池上做兩個(gè)并排的方向相反的聲場(chǎng)，則兩個(gè)聲光調(diào)制器、聲光偏轉(zhuǎn)器都可用一個(gè)聲光池代替，兩個(gè)透鏡將合二為一，使該處理器更容易小型化。
這種處理器可為雷達(dá)或激光雷達(dá)提供小型、可靠的實(shí)時(shí)信號(hào)處理單元。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。
附圖本實(shí)用新型的光學(xué)原理圖。
圖中1——半導(dǎo)體激光器；2——準(zhǔn)直鏡；3——柱面透鏡；4——分像棱鏡；5、6——平面反射鏡；7、8——聲光調(diào)制器；9、10——會(huì)聚透鏡；11、12——聲光偏轉(zhuǎn)器；
權(quán)利要求一種雷達(dá)距離/速度光學(xué)處理器，由光源部件、兩干涉臂部件和平面探測(cè)部件組成，本實(shí)用新型的特征是a.光源部件包括激光器[1]、準(zhǔn)直鏡[2]和柱面透鏡[3]，使光束在垂直方向會(huì)聚；b.兩干涉臂部件包括分像棱鏡[4]，使會(huì)聚的光束經(jīng)平面反射鏡[5]、[6]分別成像在聲光調(diào)制器[7]、[8]上，在距離聲光調(diào)制器[7]、[8]焦距位置上分別安放會(huì)聚透鏡[9]、[10]，使兩光束在其后焦面上會(huì)聚成垂直線，會(huì)聚透鏡[9]、[10]的后焦面上分別安放聲光偏轉(zhuǎn)器[11]、[12]，兩光束分別經(jīng)聲光偏轉(zhuǎn)器[11]、[12]，平面反射鏡[13]、[14]到合像棱鏡[16]會(huì)合；c.平面探測(cè)部件包括會(huì)聚透鏡[15]，安放在會(huì)聚透鏡[15]后焦面上的平面探測(cè)器[17]，會(huì)聚透鏡[15]安放在距離聲光偏轉(zhuǎn)器焦距位置，兩光束經(jīng)透鏡[15]成像為水平直線，與聲光調(diào)制器[11]、[12]上的水平直線相共軛，相互重合并且發(fā)生干涉，被平面探測(cè)器[17]接收。
專利摘要一種雷達(dá)距離/速度光學(xué)處理器，采用的光學(xué)系統(tǒng)是全對(duì)稱干涉型結(jié)構(gòu)，雷達(dá)的參考信號(hào)和回波信號(hào)分別饋入兩聲光調(diào)制器，在聲光偏轉(zhuǎn)器上加入線性調(diào)頻信號(hào)，對(duì)整個(gè)可能的多普勒頻率范圍進(jìn)行掃描，干涉光強(qiáng)分布呈現(xiàn)了回波信號(hào)模糊圖，用平面探測(cè)器接收，模糊圖位置決定了距離延時(shí)和多普勒頻移。本實(shí)用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱、具有較強(qiáng)的抑制干擾能力、光學(xué)元件少、結(jié)構(gòu)緊湊、制造容易、易于小型化。為雷達(dá)提供小型、可靠的實(shí)時(shí)信號(hào)處理單元。
文檔編號(hào)G01S13/46GK2121697SQ9220877
公開(kāi)日1992年11月11日 申請(qǐng)日期1992年4月29日 優(yōu)先權(quán)日1992年4月29日
發(fā)明者屠大維, 陸祖康 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)