相控阵激光雷达技术

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1、第35卷，增刊红外与激光工程2006年10月Vol.35SupplementInfraredandLaserEngineeringOct.20061相控阵激光雷达技术董光焰，郑永超，张文平，王治中，吴登喜，赵明福，田勇（中国电子科技集团公司第27研究所，河南郑州450015）摘要：以激光雷达应用为背景，概述了应用光学相控阵技术的激光雷达在国内外的研究现状和发展，介绍了相控阵激光雷达的工作原理，包括两者的概念、实现方法等。最后对发展相控阵激光雷达需要解决的关键技术进行了讨论。关键词：相控阵激光雷达；光学相控阵；光移相器中图分类号:TN247文献标识码：A文章编号：1

2、007-2276(2006)增C-0289-05TechniqueofphasedarrayladarDONGGuang-yan,ZHENGYong-chao,ZHANGWen-ping,WANGZhi-zhong,WUDeng-xi,ZHAOMing-fu,TIANYongth(The27ResearchInstitute，ChinaElectronicsTechnologyGroupCorporation,Zhengzhou450015,China)Abstract:Basedontheladartechnique,thedevelopmentofladara

3、pplyingopticalphrasearraytechniqueisdescribedandthetheoryofphrasedarrayladarisintroduced,whichincludesbothoftheconcepts,methodsandsoon.Finally,thekeytechniquesofdevelopingphrasedarrayladararediscussed.Keywords：Phasedarrayladar；Opticsphasedarray；Acousto-opticphaseshifter0引言目前的激光雷达多采用机械

4、光束导向，由于机械稳定性问题在系统性能和成本方面受到限制。要达到系统所要求的光束导向和稳定性要求，机械运动必须精确、迅速，这就需要增加额外的重量。系统通常需要的亚微弧量级的扫描精度对于现有的机械光束导向系统来说是不太可能实现的。大多数机械系统不能提供快速随机的光束指向，另外大光学口径的传感器系统的快速扫描所需要的功率是系统难以承受的。所以尽管在这个领域积累了大量的实际生产经验，还是不能满足高性能激光雷达的应用。因此，需要在体制上创新。文中介绍应用光学相控阵技术的新体制激光雷达——相控阵激光雷达。采用光学相控阵技术的激光雷达具有克服采用机械光束扫描技术的激光雷达系统

5、很多缺陷的潜力。光学相控阵直接源于微波相控阵。在相关的微波雷达领域，相控阵已得到迅速发展。因为其随机处理，不具有机械运动装置的快速光束指向所带来的明显优势，尽管它们成本很高，人们还是选择这种技术。相控阵激光雷达代表了一种非常有潜力的新型技术，收稿日期：2006-08-25作者简介：董光焰（1978-），男，四川平昌人，工程师，从事光学总体、激光雷达技术研究。290红外与激光工程：激光技术与应用第35卷它具备非常高的稳定性、随机处理光束导向、可编程控制光束扇出、动态聚焦/散焦等能力。1国内外现状及发展光学相控阵技术早期研究始于20世纪70[1]年代初，美国的Meye

6、r研制了利用大体积钽酸锂移相器的一维光学相控阵，进行了有益的尝试。近年来主要是各种光学相控阵的实用化研制，应用于激光束控制、激光空间通信、激光成像等方面。国内在相控阵激光雷达研究上起步较晚，目前仍处于前期研究阶段，尚未有试验报道。图1BNS公司的液晶光学相控光束指向器产品美国科罗拉多州拉斐特市的BoulderFig.1OpticsliquidphasedarrayaimapparatusofBNSCompanyNonlinearSystems公司2001年发布了一个衍射的一维液晶导向产品，见图2。这个产品主要依靠光学相控阵技术。有4096个可独立寻址单元，设备能够

7、转8000个不同的角度。Clearaperture是7.4mm×6mm。系统波长范围514nm～1.55µm。将来的目标包括增大设备的孔径和向两维发展。雷声公司为DARPA的“灵巧控制光速”(STAB)项目开发了非机械式激光束控制技术，该项目采用的激光束控制技术称之为“光相控阵”(OPA)技术，采用平板电动液晶阵列控制激光器，将其发射光束分解为多个激光束，并减小图2雷声公司研制的4cm×4cm光学相控阵器件大气衰减效应。而目前开发项目的目标是让雷声Fig.2OpticsphasedarrayapparatusofThundercompany公司进一步发展“自适应光

8、相控阵锁定