专利名称：雷达距离/速度光学处理器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及位置数据的间接测定的装置，具体地说是一种雷达距离／速度光学处理器。
在雷达信号处理中，通过对雷达信号模糊函数的再现，实现雷达回波信号的最佳检测和目标距离、速度的最佳估计。基于最大信噪比准则的最佳检测系统是匹配滤波器(或称相关处理器)，在多普勒频率未知的情况下，为实现雷达回波信号的最佳检测，通常采用许多并行的不同中心频率的匹配滤波电路来复盖整个可能出现的多普勒频率范围，这种系统的结构较为复杂。而光学系统具有二维可作变量能力，以此为基础的光学模糊函数处理器是实现上述目的有效途径，且可大大提高信号处理的适用性及实时性。国外也有此类处理器的研制报道，如威克逊(G·Waxin)等人利用模糊函数与相关积和付里叶变换有关的特点装配成实验用处理器；盖塞(L·H·Gesell)等人对托平(T·M·Turpin)提出的马赫－泽德干涉型模糊函数处理器作了改进，把原来两干涉臂上的调制器——调制器、偏转器——偏转器这一不对称系统改为对称系统，即调制器——偏转器、调制器——偏转器。从而使光源强度要求降低，探测器平面上干涉的背景项削弱。但光学系统未能完全对称，且光学元件较多，无法小型化，系统稳定性及抗干扰能力也有待进一步提高。
本实用新型的目的所提供的雷达距离／速度光学处理器是一种全对称干涉型模糊函数处理器，它可为雷达提供稳定、可靠及小型化的信号处理单元，能克服现有技术中的处理器之不足。
13、14——平面反射镜；15——会聚透镜；16——合像棱镜；17——平面探测器。
如附图
所示，半导体激光器1发出的激光束，经准直镜2成为平行光束，柱面透镜3使光束在垂直方向会聚，经分像棱镜4、平面反射镜5、6分别成像在水平放置的声光调制器7、8上，会聚透镜9、10(f9＝f10)分别安放在距离两声光调制器7、8焦距位置，使两光束分别经声光调制器7、8及会聚透镜9、10后，在透镜9、10后焦面上会聚成垂直线，并在此位置分别安放声光偏转器11、12，两光束透过声光偏转器11、12，平面反射镜13、14及合像棱镜16，会聚透镜15放在距离声光偏转器11、12焦距位置，使两光束经过后，在其后焦面上成像为水平直线，该两条水平直线与声光调制器7、8上的水平直线相共轭，它们相互重合并发生干涉，平面探测器17放在会聚透镜15的后焦面上接收干涉光强。
在两声光调制器7、8上分别馈入声传播方向相反的雷达参考信号r(t)和回波信号s(t)(如附图上箭头所示)，分别调制两路光束，设回波信号相对参考信号的时延为τ1，若无多普勒频移，则在探测器时间轴(水平轴)上τ＝τ1处得到一相关峰输出。但当回波信号相对参考信号有多普勒频移ξ1时，此相关峰消失。为此，在声光偏转器11、12上分别加入声传播方向相反的线性调频信号c(t)(如图上箭头所示)，并分别取它们的＋1和－1阶衍射，使它们的合成频率复盖整个可能出现的多普勒频率范围，这一效果实现了两水平光线的垂直扫描，并在频率轴(垂直轴)上ξ＝ξ1处抵消了回波信号的多普勒频移，结果在(τ1，ξ1)处得到时间——频率复合自相关峰输出。平面探测器17上干涉光强分布再现了回波信号模糊图所在位置决定了延时τ1和频移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)——雷达回波信号；r(t)——雷达参考信号；c(t)——线性调频信号；c＊(t)——对c(t)取共轭，即取－1阶衍射；τ——距离延时；ξ——多普勒频移；Re——取实部；k——与偏转角有关的常数；T——探测器读出周期。
上式中前两项为互相关项，第三项为模糊函数的实部与 2cos(kξ)的乘积，因子2cos(kξ)构成对模糊图的空间调剂，而不影响其形状、位置。
本实用新型采用单频半导体激光器的功率为100mw，声光调制器用15mm长钼酸铅晶体制成，平面探测器采用256×256 CCD阵列。具有的技术特征为处理延时3μs，带宽100MHz，模糊图输出帧频200Hz。
本实用新型的技术方案是它由光源部件、两干涉臂部件和平面探测部件组成。光源部件包括激光器、准直镜和柱面透镜，使光束在垂直方向会聚；两干涉臂部件包括分像棱镜，使会聚的光束经两反射镜分别成像在两声光调制器上，在距离两声光调制器焦距位置上分别安放会聚透镜，使两光束在会聚透镜的后焦面上会聚成垂直线，两会聚透镜的后焦上分别安放声光偏转器，两光束分别经声光偏转器、平面反射镜到合像棱镜会合；平面探测部件包括会聚透镜，安放在会聚透镜后焦面上的平面探测器，会聚透镜安放在距离声光偏转器焦距位置，两光束经透镜成像为水平直线。这两条水平直线分别与两声光调制器上的水平直线相共轭，它们相互重合，并发生干涉，被平面探测器所接收。
本实用新型与现有技术相比其优点是1.与盖塞系统相比，光学元件少、结构紧凑、制造容易。
2.由于结构完全对称，具有较强的抑制干扰能力。
3.可在声光池上做两个并排的方向相反的声场，则两个声光调制器、声光偏转器都可用一个声光池代替，两个透镜将合二为一，使该处理器更容易小型化。
这种处理器可为雷达或激光雷达提供小型、可靠的实时信号处理单元。
以下结合附图对本实用新型作进一步的描述。
附图本实用新型的光学原理图。
图中1——半导体激光器；2——准直镜；3——柱面透镜；4——分像棱镜；5、6——平面反射镜；7、8——声光调制器；9、10——会聚透镜；11、12——声光偏转器；
权利要求一种雷达距离/速度光学处理器，由光源部件、两干涉臂部件和平面探测部件组成，本实用新型的特征是a.光源部件包括激光器[1]、准直镜[2]和柱面透镜[3]，使光束在垂直方向会聚；b.两干涉臂部件包括分像棱镜[4]，使会聚的光束经平面反射镜[5]、[6]分别成像在声光调制器[7]、[8]上，在距离声光调制器[7]、[8]焦距位置上分别安放会聚透镜[9]、[10]，使两光束在其后焦面上会聚成垂直线，会聚透镜[9]、[10]的后焦面上分别安放声光偏转器[11]、[12]，两光束分别经声光偏转器[11]、[12]，平面反射镜[13]、[14]到合像棱镜[16]会合；c.平面探测部件包括会聚透镜[15]，安放在会聚透镜[15]后焦面上的平面探测器[17]，会聚透镜[15]安放在距离声光偏转器焦距位置，两光束经透镜[15]成像为水平直线，与声光调制器[11]、[12]上的水平直线相共轭，相互重合并且发生干涉，被平面探测器[17]接收。
专利摘要一种雷达距离/速度光学处理器，采用的光学系统是全对称干涉型结构，雷达的参考信号和回波信号分别馈入两声光调制器，在声光偏转器上加入线性调频信号，对整个可能的多普勒频率范围进行扫描，干涉光强分布呈现了回波信号模糊图，用平面探测器接收，模糊图位置决定了距离延时和多普勒频移。本实用新型系统结构完全对称、具有较强的抑制干扰能力、光学元件少、结构紧凑、制造容易、易于小型化。为雷达提供小型、可靠的实时信号处理单元。
文档编号G01S13/46GK2121697SQ9220877
公开日1992年11月11日 申请日期1992年4月29日 优先权日1992年4月29日
发明者屠大维, 陆祖康 申请人:浙江大学