SAIL虚柱面透镜光学处理器［4］的原理方案如图10-11（a）所示。SAIL回波信号首先利用计算机在交轨向附加相位二次项，然后加载到液晶空间光调制器（LCSLM）上，入射平面光波经过LCSLM调制后聚焦在CCD探测面上，LCSLM与CCD探测面的间距为f。为了对成像过程进行解析式分析，定义如图10-11（b）所示坐标系统，图中横向、纵向分别对应顺轨向与交轨向，LCSLM位于（α，β）平面，CCD感光面位于（u，v）平面。

图10-11　SAIL虚柱面透镜光学处理器原理方案与坐标关系

（a）SAIL虚柱面透镜光学处理器原理方案；（b）坐标系统

假定入射平面光波振幅为1，LCSLM调制函数为t（α，β），CCD处的复振幅光场为

式中，λi为入射平面光波波长。值得注意的是CCD处的光场是LCSLM调制函数的距离为f的二维菲涅耳衍射。CCD能够探测的成像强度信号为|e（u，v）|2。SAIL虚柱面透镜光学处理器实验室验证装置结构如图10-12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。激光器是波长为632.8 nm的单模He-Ne激光器，输出功率为4.5 m W。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。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。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［5］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，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。实验目标为涂有反光漆的金属五角星，总尺寸为16 mm（顺轨向）×15.2 mm（交轨向），相对激光主轴倾斜45°放置，如图10-13（a）所示。另外，在目标面上放置一个反射镜，与SAIL构成一个干涉测长装置，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10-13　光学处理器成像结果

（a）目标图样；（b）虚柱面透镜光学处理器成像结果；（c）单柱面透镜光学处理器成像结果；（d）数字成像处理方式成像结果

实验中采用二维输出方式。设定LCSLM交轨向数据加载宽度为2.4 mm，因此交轨向采样点数为300，通过对原始回波数据的105个采样点进行重采样得到。LCSLM顺轨向数据加载宽度为11.096 mm，因此顺轨向采样点数为1 387，通过对两个光学足趾顺轨向的440个采样点进行插值得到。交轨向附加相位二次项的等效曲率半径为46.024 m，CMOS与LCSLM的距离为406 mm。对交轨向附加相位二次项的数据提取其纯相位信息生成灰度图并显示在显示器上用于驱动LCSLM以完成数据加载。灰度范围0～255线性地对应相位调制范围0～2π。

SAIL虚柱面透镜光学处理器的成像结果如图10-13（b）所示，为了对比分析，给出了SAIL单柱面透镜光学处理器的成像结果［图10-13（c）］与数字处理方式的成像结果［图10-13（d）］。