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天基6.5m衍射综合孔径红外射电望远镜研究

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激光与光电子学进展 2022年

作者：李道京吴疆周凯高敬涵崔岸婧中国科学院空天信息创新研究院微波成像技术国家级重点实验室中国科学院大学

针对天文观测和深空探测需求，提出了天基激光本振6.5 m衍射综合孔径红外射电望远镜概念和形式。给出了激光本振阵列探测器形式，设计了基于衍射光学系统的综合孔径红外射电望远镜结构，采用孔径渡越补偿信号处理方法扩大光谱范围，该...

针对天文观测和深空探测需求，提出了天基激光本振6.5 m衍射综合孔径红外射电望远镜概念和形式。给出了激光本振阵列探测器形式，设计了基于衍射光学系统的综合孔径红外射电望远镜结构，采用孔径渡越补偿信号处理方法扩大光谱范围，该望远镜具有光学系统复杂度低，体积小和重量轻的特点。给出了系统主要参数和成像仿真结果，当中心波长为1.55μm时，角分辨率约为0.24μrad，最大不模糊视场角度约为1.55 mrad，光谱范围为0.2μm，其探测灵敏度要比传统6.5 m口径望远镜高2倍，可观测的极限星等优于21。

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成像探测相干激光雷达技术研究进展

现代雷达 2023年第11期45卷 1-6页

作者：李道京高敬涵崔岸婧吴疆中国科学院空天信息创新研究院微波成像技术国家重点实验室北京100190 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049

相干激光雷达采用激光本振相干探测并通过平衡探测器实现混频和共模抑制,具有探测灵敏度高、抗干扰能力强的优点。文中阐述了相干探测体制激光雷达的优势和技术特点,介绍了基于单元探测器/面阵探测器开展的合成孔径激光雷达(SAL)、逆合... 详细信息

相干激光雷达采用激光本振相干探测并通过平衡探测器实现混频和共模抑制,具有探测灵敏度高、抗干扰能力强的优点。文中阐述了相干探测体制激光雷达的优势和技术特点,介绍了基于单元探测器/面阵探测器开展的合成孔径激光雷达(SAL)、逆合成孔径激光雷达(ISAL)研究进展,讨论了相干激光雷达波形选择、偏振选择、信号处理方法、扩束下的作用距离方程和探测性能、探测器形式和系统灵敏度等问题,在此基础上进一步分析了基于衍射光学系统的激光雷达的特点和激光/红外复合成像探测的需求,并展望了相干激光雷达的应用前景。

关键词：激光雷达相干探测激光成像目标探测衍射光学系统阵列探测器

2m衍射口径星载双波长陆海激光雷达系统研究

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中国激光 2022年第3期49卷 117-128页

作者：李道京高敬涵崔岸婧周凯吴疆中国科学院空天信息创新研究院微波成像技术国家级重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

针对对地三维成像和海洋水深测量的需求,对轨道高度为500 km、口径为2 m的谐衍射光学系统星载双波长陆海激光雷达系统进行了分析。基于单光子阵列探测器,分析了大口径衍射光学系统的光学合成孔径实现方式,并设计了系统参数。波长为1.55... 详细信息

针对对地三维成像和海洋水深测量的需求,对轨道高度为500 km、口径为2 m的谐衍射光学系统星载双波长陆海激光雷达系统进行了分析。基于单光子阵列探测器,分析了大口径衍射光学系统的光学合成孔径实现方式,并设计了系统参数。波长为1.55μm的陆地观测激光雷达的主要性能指标为:地面像元分辨率4 m,交轨瞬时幅宽4 km,高程测量精度0.3 m。波长为0.516μm的海洋观测激光雷达的可探测水深达30 m。分析了激光本振阵列探测器的结构,提出了基于相干探测的光学合成孔径技术,有望采用计算成像的方式,利用多个子口径的低分辨率复图像信号相干合成高分辨率图像,同时提高图像的信噪比。相同系统参数下的对比分析表明,波长为1.55μm的陆地观测激光雷达采用相干探测体制后,探测性能优于传统的直接探测。采用子口径结构,可降低衍射光学系统的加工难度,同时子口径结构焦距短的特点使得光学系统的轴向尺寸和重量大幅减小。

关键词：遥感激光雷达衍射光学系统光学合成孔径阵列探测器

星载10m合成孔径相干成像望远镜和波前估计

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光子学报 2023年第1期52卷 13-26页

作者：吴疆李道京崔岸婧高敬涵周凯中国科学院空天信息创新研究院微波成像技术国家级重点实验室北京100190 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049

针对天文观测和深空探测需求,提出了星载10 m合成孔径相干成像望远镜概念和形式。给出了波长可调谐激光本振相干探测器形式,分析了大口径衍射薄膜镜的双波段实现方式和系统主要参数。提出了基于子镜结构的光学合成孔径相干成像算法,给... 详细信息

针对天文观测和深空探测需求,提出了星载10 m合成孔径相干成像望远镜概念和形式。给出了波长可调谐激光本振相干探测器形式,分析了大口径衍射薄膜镜的双波段实现方式和系统主要参数。提出了基于子镜结构的光学合成孔径相干成像算法,给出了基于相位恢复的阵列形变误差波前估计仿真结果,由于多个子镜所接收复信号的成像处理在计算机软件中完成,相比传统望远镜,可降低对微调机构等硬件的精度要求。该望远镜在短波红外1.45~1.65μm光谱范围内的中心波长角分辨率为0.15μrad;在中波红外4.55~4.75μm光谱范围内的中心波长角分辨率为0.46μrad,其探测灵敏度在原理上是传统10 m口径望远镜的约2.8倍。

关键词：光学合成孔径相干成像波前估计衍射光学系统红外光谱天文观测

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阵列结构下的低频信号合成方法研究

物理学报 2020年第19期69卷 81-92页

作者：崔岸婧李道京周凯王宇洪峻中国科学院空天信息创新研究院微波成像技术重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049 西安电子科技大学电子工程学院西安710126

基于高频天线产生低频电磁波信号,实现多波段信号对目标的照射,不仅有可能减小低频天线尺寸,而且可能成为提高雷达目标探测性能的一种途径.本文将多普勒效应与阵列天线结构相结合,基于对阵列中各辐射单元的信号时序、相位和间距等参数... 详细信息

基于高频天线产生低频电磁波信号,实现多波段信号对目标的照射,不仅有可能减小低频天线尺寸,而且可能成为提高雷达目标探测性能的一种途径.本文将多普勒效应与阵列天线结构相结合,基于对阵列中各辐射单元的信号时序、相位和间距等参数的控制,提出了一种在目标区产生低频信号的方法.本文给出了阵列参数的选择原则,介绍了目标位于阵列方向和45°角扫描时的低频信号合成情况,对存在辐射单元间距误差、相位误差、目标偏离预定位置以及等间隔稀疏条件下的合成信号性能进行了分析,并采用峰值旁瓣比和积分旁瓣比来评价合成信号的性能.将频率1 GHz载波信号合成为频率400 MHz信号的仿真分析结果,表明了本文方法的有效性.

关键词：频率变换阵列天线多普勒效应稀疏阵列

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交错阵列甚低频信号产生方法研究

雷达学报（中英文） 2020年第5期9卷 925-938页

10 kHz量级甚低频电磁波信号具有较强的地物穿透能力,可用于地质勘探。由于其天线尺寸在10 km量级,其应用场合受到限制,研究基于适当尺寸高频雷达天线的甚低频电磁波信号产生方法具有重要意义。该文提出基于高频阵列天线产生甚低频信号... 详细信息

10 kHz量级甚低频电磁波信号具有较强的地物穿透能力,可用于地质勘探。由于其天线尺寸在10 km量级,其应用场合受到限制,研究基于适当尺寸高频雷达天线的甚低频电磁波信号产生方法具有重要意义。该文提出基于高频阵列天线产生甚低频信号的概念,利用阵列天线合成产生近光速远离运动雷达多普勒信号,实现信号频率的大幅降低。给出了发射波形、交错阵列设计和阵列参数选择方法。将周期脉冲串信号作为辐射单元信号,增大合成信号脉宽。利用阵列产生的脉宽展宽量填补脉冲信号的休止期,在目标区合成时间连续的甚低频信号。采用峰值旁瓣比(PSLR)、积分旁瓣比(ISLR)、阵列发射信号与合成信号的频谱对比评价合成低频信号的性能和发射信号的能量利用率。该文仿真了百米量级阵列100 MHz辐射单元信号在目标区合成10 kHz甚低频信号的情况:9行阵列构成交错阵列、辐射单元信号脉宽设置为0.115μs时,合成信号频谱的峰值旁瓣比和积分旁瓣比分别为–13.34 dB和–9.44 dB,10 kHz低频信号在合成信号中的能量占比为89.79%。该文分析了辐射单元间距误差、辐射单元信号时间、相位与幅度误差以及目标偏离预定位置的影响。仿真结果表明了该文方法的有效性。

关键词：频率变换电磁波多普勒效应交错阵列周期脉冲串信号甚低频信号

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天基6.5 m衍射综合孔径红外射电望远镜

激光与光电子学进展 2023年第10期60卷 275-282页

作者：李道京吴疆周凯高敬涵崔岸婧中国科学院空天信息创新研究院微波成像技术国家级重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

针对天文观测和深空探测需求,提出了天基激光本振6.5 m衍射综合孔径红外射电望远镜的概念和形式,给出了激光本振阵列探测器形式,设计了基于衍射光学系统的综合孔径红外射电望远镜结构。该望远镜采用孔径渡越补偿信号处理方法扩大光谱范... 详细信息

针对天文观测和深空探测需求,提出了天基激光本振6.5 m衍射综合孔径红外射电望远镜的概念和形式,给出了激光本振阵列探测器形式,设计了基于衍射光学系统的综合孔径红外射电望远镜结构。该望远镜采用孔径渡越补偿信号处理方法扩大光谱范围,具有光学系统复杂度低、体积小和质量轻的特点。给出了系统主要参数和成像仿真结果,当中心波长为1.55μm时,角分辨率约为0.24μrad,最大不模糊视场角度约为1.55 mrad,光谱范围为0.2μm,其探测灵敏度要比传统6.5 m口径望远镜高2倍,可观测的极限星等优于21。

关键词：成像系统红外光谱综合孔径激光本振衍射光学系统射电望远镜天文观测

衍射光学系统激光雷达接收波束展宽及作用距离分析

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中国激光 2023年第5期50卷 149-158页

作者：高敬涵李道京周凯崔岸婧吴疆王烨菲刘凯谭淞年高阳姚园中国科学院空天信息创新研究院微波成像技术国家级重点实验室北京100190 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

对基于衍射光学系统的激光雷达的波束展宽方法和作用距离进行了分析,介绍了实验样机的研制情况。根据实际激光雷达的成像特点并结合宽幅成像的需求,提出了离焦扩束、加柱面镜扩束以及基于衍射镜的波长变化扩束3种接收波束展宽方法,进行... 详细信息

对基于衍射光学系统的激光雷达的波束展宽方法和作用距离进行了分析,介绍了实验样机的研制情况。根据实际激光雷达的成像特点并结合宽幅成像的需求,提出了离焦扩束、加柱面镜扩束以及基于衍射镜的波长变化扩束3种接收波束展宽方法,进行了仿真计算并给出了实验样机的部分测试结果。给出了扩束情况下激光雷达的作用距离表达式,同时讨论了模数转换(AD)采样量化对接收信号采样的影响,明确了接收扩束产生的增益下降可由电子学放大器来弥补的观点,并结合实际数据给出了验证结果和分析结果。

关键词：遥感激光雷达衍射光学系统激光扩束宽视场接收雷达方程

共形衍射光学系统机载激光雷达测深距离的分析

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激光与光电子学进展 2021年第12期58卷 59-66页

作者：高敬涵李道京周凯崔岸婧吴疆中国科学院空天信息创新研究院微波成像技术国家级重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

水深是海底地形测绘的基础数据,对于海洋科学研究具有重要意义。衍射光学系统具有体积小、质量轻的优点,共形设计后可减少载荷对飞机气动性能的影响,有利于形成大光学口径。基于大口径接收共形衍射光学系统介绍了机载测深激光雷达的系... 详细信息

水深是海底地形测绘的基础数据,对于海洋科学研究具有重要意义。衍射光学系统具有体积小、质量轻的优点,共形设计后可减少载荷对飞机气动性能的影响,有利于形成大光学口径。基于大口径接收共形衍射光学系统介绍了机载测深激光雷达的系统方案和参数,并利用衍射光学系统光谱的窄带宽特点,抑制接收的背景光噪声。以最小可探测信噪比为依据,针对直接探测和相干探测两种方式,对机载激光雷达的海水探测深度进行了分析。结果表明,在接收口径为0.6m、瞬时接收视场为50mrad、发射平均功率为50 W时,白天该系统在直接探测方式下的探测深度为69m,在相干探测方式下的探测深度为86m。

关键词：海洋光学激光雷达激光测深衍射光学系统共形设计激光本振