液晶相控阵波束控制模型与算法研究.pdf

激光相控阵雷达是一种结合激光雷达与相控阵技术的新体制雷达，采用电控电极电压实现光束控制和扫描。液晶相控阵技术是激光相控雷达相控阵技术中最有潜力的一种，也是国内外的前沿热点之一。它通过电压控制液晶的双折射率，使得每个液晶移相器的出射光束产生不同的相位延迟，从而获得特定方向上光束相互加强的干涉，最终实现光束的偏转控制。波束控制模型以及如何精确、高效的进行波束偏转是液晶相控阵波束控制技术的关键点，也是国内外研究的热点。为此，本论文依托具体的科研项目，针对液晶相控阵波束控制的波控模型及算法研究开展如下工作： 1)分析液晶材料的光学各向异性及电可控等特性，研究液晶相控阵移相器的原理，给出光束通过液晶阵列后产生的相位延迟与加载电压的关系。 2)分析激光雷达液晶相控阵扫描组件的系统总体结构及重要设计参数的选取，给出了激光雷达液晶相控阵扫描组件的工作过程。 3)针对液晶相控阵的光学衍射模型无法更精确的获取波束远场光强分布的问题，提出了液晶相控阵的微波相控阵模型，该模型比液晶相控阵的激光衍射模型更为精确，可模拟更为接近实际情况的远场波束分布，为液晶相控阵的研究奠定基础。 4)针对液晶相控阵的二元光栅模型仅能实现有限个扫描角度，且扫描角度分布不均的问题，提出了一种基于非周期闪耀光栅的波控方法，与传统的二元光栅闪耀模型相比，可获得更多的扫描角度，并实现液晶相控阵的近似均匀、连续扫描，且不以降低扫描效率为代价。 5)针对液晶相控阵的波控数据未修正时，扫描精度差、扫描效率低等问题，基于液晶相控阵出射相位面及电极加载电压面的迭代修正，提出三种波控数据生成算法。加载通过算法修正后的波控数据，可实现高精度、高效率的波束控制。最后通过仿真验证了液晶相控阵的微波相控阵模型的精确性、基于非周期闪耀光栅的波控方法以及可实现高精度、高效率扫描的波控数据生成算法的有效性。关键词：液晶相控阵，波控性能，波控模型，波控数据