液晶光學(xué)相控陣的波束掃描方法研究.pdf

1、液晶光學(xué)相控陣（LCOPA）技術(shù)是一種實(shí)時(shí)可編程的電控波束掃描技術(shù)，其在空間激光通信、激光雷達(dá)、激光武器和自適應(yīng)光學(xué)探測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域起到至關(guān)重要的作用。LCOPA采用驅(qū)動(dòng)電壓低、相位調(diào)制深度大的向列相液晶作為光學(xué)移相材料，器件具有無(wú)機(jī)械慣性、高精度光束指向、捷變波位切換、低SWaP（大小、重量和功耗）等優(yōu)勢(shì)。本文以液晶光學(xué)相控陣為核心，在波束控制算法、波控器硬件構(gòu)架方面進(jìn)行深入研究和原始創(chuàng)新。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　1）構(gòu)建液晶光學(xué)

2、相控陣遠(yuǎn)場(chǎng)波束相干理論模型，實(shí)現(xiàn)更小波束掃描躍度、雙波束生成等波控算法。提出一種“子孔徑相干”的波控方法：首先研究子孔徑相干原理及算法，然后研究子孔徑相干法對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)的影響；當(dāng)步進(jìn)角度△θstep小于波束寬度△θmain時(shí)，能實(shí)現(xiàn)超高分辨率掃描；當(dāng)步進(jìn)角度△θstep接近于波束寬度△θmain時(shí)，能實(shí)現(xiàn)波束蠕動(dòng)掃描；當(dāng)步進(jìn)角度△θstep大于波束寬度△θmain時(shí)，能實(shí)現(xiàn)雙波束掃描。通過(guò)理論仿真，波束掃描躍度可達(dá)到6μrad。
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3、）建立基于光學(xué)相控陣捷變掃描特點(diǎn)的目標(biāo)捕獲概率模型，并提出基于捷變掃描特點(diǎn)的快速目標(biāo)捕獲方法。研究光柵掃描、螺旋光柵復(fù)合掃描以及“高斯捷變掃描”這三種情況下的捕獲時(shí)間與捕獲概率的關(guān)系。針對(duì)本文提出的“高斯捷變掃描”方法，本文假設(shè)不確定區(qū)域?yàn)?30≤X≤30,-30≤Y≤30，即不確定區(qū)域掃描點(diǎn)數(shù)為3721個(gè)點(diǎn)。通過(guò)理論仿真，該方法相比于光柵掃描和螺旋光柵復(fù)合掃描在滿(mǎn)足捕獲概率為70％的條件下，掃描點(diǎn)數(shù)降低了1000點(diǎn)。在掃描點(diǎn)數(shù)為372

4、1的情況下，高斯捷變掃描方法捕獲概率提高了15%。
　　3）搭建液晶光學(xué)相控陣驗(yàn)證試驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行相關(guān)波束賦形方法等原理性驗(yàn)證試驗(yàn)。研究實(shí)現(xiàn)子孔徑相干的波控方法：通過(guò)超高分辨率波束掃描實(shí)驗(yàn)，使用質(zhì)心法測(cè)量出的波束掃描躍度為6μrad，與本文關(guān)于超高分辨率波束掃描的理論仿真結(jié)果吻合；通過(guò)波束蠕動(dòng)掃描實(shí)驗(yàn)，使用高分辨率CCD獲取遠(yuǎn)場(chǎng)波束的偏轉(zhuǎn)位置，與本文關(guān)于波束蠕動(dòng)掃描的理論仿真結(jié)果圖吻合；通過(guò)雙波束掃描實(shí)驗(yàn)，使用高分辨率CCD獲取遠(yuǎn)場(chǎng)