基于迭代修正的液晶相控阵激光雷达波控数据获取

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1、第２２卷第９期强激光与粒子束Ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．９２０１０年９月ＨＩＧＨＰＯＷＥＲＬＡＳＥＲＡＮＤＰＡＲＴＩＣＬＥＢＥＡＭＳＳｅｐ．，２０１０文章编号：１００１４３２２（２０１０）０９２２０３０６基于迭代修正的液晶相控阵激光雷达波控数据获取孔令讲，陈君，朱颖，杨建宇（电子科技大学电子工程学院，成都６１００５４）摘要：分析了影响液晶相控阵波控数据获取的几个关键因素，在此基础上通过计算期望相位面与实际相位面的相位差，提出一种基于迭代修正的波控数据获取方法，该方法可通过改变加载在液晶阵列上的参考电压或改变参考相位面实现。讨论了

2、算法关键参数的选择。通过仿真进一步研究了液晶特性曲线范围和高斯初始相位对波控数据获取的影响。仿真结果表明：该方法能获得比较准确的波控数据；液晶特性曲线范围对波控数据的准确获取非常重要，当曲线范围较大时，液晶相控阵可补偿高斯光束引入相位的影响。关键词：液晶相控阵；波控数据；参考电压；参考相位面；迭代修正中图分类号：ＴＮ９５８．９８文献标志码：Ａ犱狅犻：１０．３７８８／ＨＰＬＰＢ２０１０２２０９．２２０３激光相控阵雷达技术源于微波相控阵但又不同于微波相控阵，二者其中的一个重要区别在于获取波控数［１］［２］［３］据的方式不同。光相控阵

3、技术可以通过几种形式实现：微光学元件阵列、压电陶瓷阵列、光纤／波导阵［４］［５８］列、液晶相控阵。由于光学相控阵需要多路驱动电路，而液晶相控阵具有控制电压低、体积小、控制比较简单等优点，所以通常选用液晶材料制造光学相控阵的移相器。液晶阵列的曲线可分为静态和动态特性曲线。静态特性曲线是获取波控数据与动态曲线的基本依据。由微波雷达理论可知，微波相控阵移相器单元之间是离散的，静态和动态特性曲线相同，雷达正常工作时能获得准确的电压。液晶相控阵的移相器单元是连续的，移相器单元之间会相互影响，即边缘效应，使得静态和动态［９］特性曲线不同，

4、只由静态特性曲线不能获得准确的电压代码，加上目前制造工艺的限制，准确获取波控数据存在很大的困难。实际中可以通过穷举法进行测试，从而获得不同波束指向的准确的加载电压代码，但是这种方法过程繁琐，耗时长且易引入误差。［１０］Ｅ．Ｈｌｌｓｔｉｇ等提出一种获取电压代码的方法，通过建立修正电压代码与加载电压代码之间的关系来获［１１］得新的电压代码，但只针对入射光为平面波的情况，对于入射光为高斯激光束时未作讨论。Ｓ．Ｈａｒｒｉｓ给出电压阵列优化的方法，定义了线性的相位与电压关系，调整修正系数获得最优的扫描效率以获得最优的加载电压。但液晶特性

5、曲线电压与相位关系是非线性的，该方法在偏转角度较小时对扫描效率改善不明显。本文在研究影响液晶相控阵波数据获取因素的基础之上，提出基于迭代修正的波控数据获取方法，适用于入射光为平面波与高斯球面波的情况，可通过改变加载在液晶阵列上的参考电压和参考相位面来实现，并给出获得修正比例系数的方法，最终得到雷达正常工作时所需的波控数据。１波控数据准确性的影响因素［１２］波控数据直接影响到液晶阵列出射面激光的相位分布，从而影响液晶相控阵的扫描精度。波控数据的准确性要受以下几方面因素的影响。（１）液晶静态特性曲线的影响由于液晶静态特性曲线与动态特

6、性曲线不同，因此实际工作中，若一直采用静态特性曲线获取电压代码，［１３］必然会引入较大误差，影响液晶阵列出射面相位分布。仿真中可通过有理多项式拟合与Ｐａｄｅ函数拟合来实现静态曲线的模拟。（２）入射激光引入高斯相位当入射光为平面波时，到达液晶入射面的光束相位相同，不会引入额外的初始相位；当入射光为高斯光束时，到达液晶入射面的光束会引入高斯初始相位，使得实际的相位面受到影响。高斯光束经过传播，到达液晶收稿日期：２００９０５２３；修订日期：２００９１２１６基金项目：预研基金项目（０４０１０２０１Ｗ０２０７１５０）作者简介：孔

7、令讲（１９７４—），男，博士，主要研究方向为新体制雷达系统，宽带雷达成像与信号检测等；ｌｊｋｏｎｇ＠ｕｅｓｔｃ．ｅｄｕ．ｃｎ。２２０４强激光与粒子束第２２卷［１４］阵列表面时，其相位分布为２狔犈＝犃ｅｘｐ｛－ｉ［犽狕＋＋（狕）］｝（１）（２犚（狕））式中：犈为高斯光束沿狕方向传播的光场分布；犃为高斯光束振幅；犽＝２π／λ，为波数，λ为入射光波长；狕为光束传播距离；狔为沿光速截面半径方向的坐标；犚（狕）＝狕［１＋（πω２／λ狕）２］，为高斯光束的波面曲率半径，ω为高斯００光束的束腰半径；（狕）＝ａｒｃｔａｎ（λ狕／πω２），为

8、位相因子。０（３）液晶制造工艺误差由于液晶制造工艺水平限制，液晶分子分布不是很均匀。根据液晶特性，不均匀的液晶产生的相位延迟会［１５］出现差异。由于加工工艺时液晶移相器平面的不平坦引入的相位波动为狓－狓ｍ（狓）＝２π犅ｃｏｓ［２π（－０．５）］（２）犇式中：犅