液晶光學相控陣的波束掃描方法研究.pdf

1、液晶光學相控陣（LCOPA）技術是一種實時可編程的電控波束掃描技術，其在空間激光通信、激光雷達、激光武器和自適應光學探測等多個領域起到至關重要的作用。LCOPA采用驅動電壓低、相位調制深度大的向列相液晶作為光學移相材料，器件具有無機械慣性、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。本文以液晶光學相控陣為核心，在波束控制算法、波控器硬件構架方面進行深入研究和原始創(chuàng)新。主要研究內容如下：
　　1）構建液晶光學

2、相控陣遠場波束相干理論模型，實現(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遠場的影響；當步進角度△θstep小于波束寬度△θmain時，能實現(xiàn)超高分辨率掃描；當步進角度△θstep接近于波束寬度△θmain時，能實現(xiàn)波束蠕動掃描；當步進角度△θstep大于波束寬度△θmain時，能實現(xiàn)雙波束掃描。通過理論仿真，波束掃描躍度可達到6μrad。
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3、）建立基于光學相控陣捷變掃描特點的目標捕獲概率模型，并提出基于捷變掃描特點的快速目標捕獲方法。研究光柵掃描、螺旋光柵復合掃描以及“高斯捷變掃描”這三種情況下的捕獲時間與捕獲概率的關系。針對本文提出的“高斯捷變掃描”方法，本文假設不確定區(qū)域為-30≤X≤30,-30≤Y≤30，即不確定區(qū)域掃描點數(shù)為3721個點。通過理論仿真，該方法相比于光柵掃描和螺旋光柵復合掃描在滿足捕獲概率為70％的條件下，掃描點數(shù)降低了1000點。在掃描點數(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）搭建液晶光學相控陣驗證試驗平臺，進行相關波束賦形方法等原理性驗證試驗。研究實現(xiàn)子孔徑相干的波控方法：通過超高分辨率波束掃描實驗，使用質心法測量出的波束掃描躍度為6μrad，與本文關于超高分辨率波束掃描的理論仿真結果吻合；通過波束蠕動掃描實驗，使用高分辨率CCD獲取遠場波束的偏轉位置，與本文關于波束蠕動掃描的理論仿真結果圖吻合；通過雙波束掃描實驗，使用高分辨率CCD獲取遠場