根据前述分析及利用现有设备，搭建了一套SAIL光学处理器实验室验证装置，并给出了对大口径SAIL演示样机所获得的目标回波数据的成像处理结果。SAIL光学处理器实验室验证装置如图10-4所示。因为SAIL回波信号中纯相位数据在成像中起主导作用，加之现阶段反射式LCSLM指标性能优于透射式LCSLM，因此采用反射式纯相位LCSLM加载SAIL回波信号纯相位数据。所用纯相位LCSLM像素矩阵为1 920×1 080，像素尺寸为8μm×8μm，总尺寸为15.36 mm×8.64 mm，长边对应顺轨向数据加载方向。激光器为波长632.8 nm的单模He-Ne激光器，输出功率为4.5 mW。激光器输出光束首先经过偏振方向与LCSLM长边方向平行的起偏器，然后经过扩束倍率为20×的准直扩束器。

目前，有多种方法产生所需柱面光波，这里为了增加SAIL光学处理器的灵活性，也为了便于光学处理器在不同处理模式之间相互转换，采用离焦柱面望远镜结构来产生所需柱面光波。柱面透镜L1与L2焦距均为150 mm，尺寸均为25 mm×25 mm，母线方向平行于LCSLM交轨向数据加载方向。LCSLM位于L2的后焦面上，L1与L2的离焦量为Δl，由离焦望远镜知识得LCSLM处的柱面光波的曲率半径为，其中，f2为柱面透镜焦距。为了实现顺轨向相位二次项补偿，有

可得离焦量为

为了消除LCSLM对入射及反射光束夹角的限制，采用尺寸为25 mm×25 mm×25 mm的棱镜分束器（BS）对光束进行折返。由于激光器的输出光功率以及所用CMOS的探测灵敏度均较高，光束因为棱镜分束器的反射及透射产生的功率损耗对成像结果的影响可以忽略。检偏器的偏振方向与起偏器相同。球面透镜L3的焦距为200 mm，直径为60 mm。所用CMOS像素矩阵为1 280×1 024，像素尺寸为5.2μm×5.2μm，感光面尺寸为6.6 mm×5.32 mm。(www.daowen.com)

实验所用数据为SAIL大口径验证装置所得目标回波数据。SAIL大口径验证装置所用激光器为中心波长为1.55μm的啁啾脉冲激光器，频率啁啾率为1.25×1013Hz／s。雷达目标距离为14 m，由于发射系统中引入了离焦，所以，雷达光学足趾等效曲率半径约为2.6 m，目标面上的光学足趾尺寸为22 mm×22 mm。交轨向快时间采样宽度为40 ms，采样率为2.5 MHz，因此，交轨向采样点为105。本振光学系统与目标中心光程差约为60 mm，所产生的外差信号中心频率为2.5 kHz。条带模式采用目标一步一停的方式进行模拟，步进间隔为0.1 mm，因此，每个光学足趾内的顺轨向采样点数为220。实验目标为反射纸制作的4个英文字母“S”，“I”，“O”，“M”的组合，总尺寸为40 mm（顺轨向）×8.5 mm（交轨向），相对激光主轴倾斜45°放置，如图10-5（a）所示。另外，在目标面上放置了一个反射镜，与SAIL构成了一个干涉测长装置，因此可以实时测量由于平台振动、大气扰动等因素引入的相位误差并进行补偿以提高输出图像质量。

图10-5　光学成像处理结果

（a）目标图像；（b）复数数据数字成像结果；（c）纯相位数据数字成像结果；（d）一维输出模式光学成像结果；（e）二维输出模式光学成像结果

一维与二维输出模式［1］所选交轨向傅里叶变换窗口宽度均为40 ms，对回波数据交轨向的105个采样点进行等重间隔采样得到交轨向1 080个采样点，此时，仍满足奈奎斯特采样定律。对顺轨向回波数据进行插值得到1 920个采样点。对于处理得到的1 920×1 080数据矩阵，首先提取其纯相位数据，然后将提取的相位数据生成灰度图像由显示器显示用于驱动纯相位LCSLM。灰度范围0～255线性的对应相位调制范围0～2π。根据式（10-16b），一维输出模式与二维输出模式下的离焦量分别为7.2 mm与28.9 mm。

一维与二维输出模式的成像结果分别如图10-5（d），（e）所示。图10-5（b）与（c）几乎完全相同，验证了SAIL回波数据中的纯相位部分足够进行目标像重建。另外，由于光学成像处理过程中，两种输出模式的成像压缩比分别为0.769 0与0.384 5，并非1，导致成像结果面貌比例与原目标不同，但这对于识别目标没有影响，可通过改变实验装置参数以使成像压缩比为1来解决上述问题。