液晶光学相控阵是一种非机械式光束扫描控制器件,具有体积小、功耗低、灵活性高、电控可编程、稳定性好等优点,在激光成像雷达、空间光通信、激光整形、光学成像和自适应光学等领域具有广泛的应用前景。目前液晶光学相控阵主要采用逐行扫描、蛇形扫描、螺旋扫描和高斯扫描等方法实现单光束扫描,存在扫描速率慢,捕获效率低的问题。因此,本文开展了液晶光学相控阵多光束扫描方法及应用的研究。论文工作主要内容如下:从液晶光学相控阵的基本结构入手,分析液晶分子的电光特性和指向矢分布规律,明晰液晶电控半波片对光的旋性调控原理,探索液晶光学相控阵光束偏转机理,进一步开展了液晶偏振光栅与液晶电控波片的级联技术研究,采用二进制级联方式设计并实现了光束扫描视场为10°×10°,角度分辨率为0.67°的大角度单光束偏转系统。针对单光束扫描周期长,捕获效率低的问题,设计了液晶光学相控阵多光束扫描方案,搭建了多光束扫描系统,并通过实验验证了多光束扫描方案的可行性;将贪心算法与多光束扫描方法相结合,通过优化多光束对目标的扫描顺序,缩短了扫描周期;针对贪心算法容易陷入局部最优,无法达到全局最优解的问题,建立了多光束扫描模型,将贪心遗传算法与多光束扫描方法相结合,进一步缩短了扫描周期,提高了动态目标的捕获效率,并进行了仿真验证。仿真结果表明:贪心遗传算法相较于传统扫描方式,不仅有效地缩短了扫描周期,而且提高了动态目标的捕获效率。采用自顶向下的设计方法,设计了基于FPGA的多光束扫描系统,将系统分解为各个功能模块,利用Verilog语言编写代码实现各模块功能,并通过Questa Sim仿真验证各功能模块设计的正确性;搭建实验平台并进行实验,分析不同扫描方式对动态目标捕获效率的影响,验证了算法的有效性。实验结果表明:在不同的目标数量,不同的光斑半径以及不同的目标移动速度等情况下,基于贪心遗传算法的多光束扫描方法相较于传统的几种扫描方法,不仅较大地缩短了扫描周期,并且有效地提高了目标捕获效率。