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合成孔径雷达数据实时成像的光学系统的研究与设计

蔡志鹏  
【摘要】:合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)自提出以来就作为一种非常重要的探测成像手段被广泛使用。自提出至今,SAR广泛应用于国防、城市道路检测以及自然灾害监控等方面,对SAR成像的实时性和星载实用性要求日益强烈。本文首先回顾了历史上SAR成像手段。对比分析可知,光学处理具有可以媲美光速的处理速度和并行处理能力。光学处理器还可以避免星载使用时复杂工作环境对成像的影响。在轨实时成像下传图片信息能缓解对卫星下行链路容量的压力。SAR数据光学处理器在实时性和实用性方面都具有很大的优势,因此本文设计了一种体积小巧的SAR数据实时成像光学处理器。本文以斜平面处理器的原理为基础,利用先进的光学元件改善光学处理器的性能。利用空间光调制器(Spatial Light Modulator,SLM)将SAR原始数据调制到光学系统进行成像,当相干光照射记录复杂SAR数据的SLM时,相干光被复杂原始数据编码。被编码的光通过设计的光学处理器传播,球面镜和柱透镜可以同时执行两个维度的脉冲压缩,然后将两个维度信息再重新聚焦在一起,最终的图像由CCD相机在系统像面捕获。在整体设计时,根据已有的光学元件和SAR系统参数,设计了口径和体积小、SAR数据调制速率快的SAR数据实时成像光学处理器。本文设计的光学处理器虽然很大程度上降低口径和体积,但整体长度仍在米级,不利于星载使用。针对这一问题,本文在设计时利用反射镜规划光学处理器结构,规划后的光学处理器长度降低到700 mm左右,MTF在60 lp/mm处的值大于0.4,满足成像要求的同时有效减小了光学处理器的体积。本文最后提出了一种可以减少透镜使用数目的光学处理器结构,使SAR数据实时成像光学处理器更加轻量化,适用于星载系统。


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