傅里叶望远镜大气湍流模拟实验

傅里叶望远术是一种能对深空暗弱目标进行高分辨率成像的技术.为了验证大气湍流对傅里叶望远镜系统的影响,进行了实验室环境下大气湍流模拟实验研究.在三束光傅里叶望远镜实验系统上,通过控制射频驱动器的输出功率来模拟光强抖动,改变射频驱动器的瞬时频率来模拟相位抖动.给出了实验理论依据,推导了湍流强度与实验变量的关系.实验在弱湍流闪烁和相位抖动两种情况下,分别给单束光和三束光加随机扰动并计算其Strehl比.结果表明,只在单束光上加扰动时重建图像影响不大;在三束光上加扰动时,弱湍流光强抖动对傅里叶望远镜系统的成像效果影响具有较大的随机性,而相位抖动会严重影响系统成像质量.因此,消除光强抖动和相位抖动影响是图像重建算法改进应该考虑的一个关键因素.     

傅里叶望远术成像系统的实验研究

傅里叶望远术(FT)是一种主要针对远距离暗弱目标的高分辨率光学干涉成像技术.它利用多束空间距离不同、时间频率受调制的激光干涉照明目标,通过解调光强探测器接受反射的回波时序信号来提取目标的傅里叶频谱,并利用相位闭合技术消除光程差和大气湍流等造成的相位畸变.采用发散光干涉在实验室内实现了傅里叶望远术对一维和二维目标的重构....     

从傅里叶望远镜接收信号中获取目标速度的方法

分析了傅里叶望远镜接收信号，结果表明，接收信号中不仅包含了被测目标的图像信息，还包含了目标的二维速度矢量信息。通过提取接收周期信号的频率可以推算出目标各分量的速度，从而得到二维速度矢量。信号频率的提取采用快速傅里叶变换分析进行频率粗估计，频率精确校正采用加Hanning窗的比值校正法。仿真了利用傅里叶望远镜测量导弹飞行速度。结果表明:在无噪声影响下，利用该方法获取的目标速度几乎无误差；存在噪声时，若接收信噪比高于5 dB，测量的目标速度精度高于0.02%。说明从傅里叶望远镜接收信号中获取目标速度的方法精度高、抗噪性好，理论上是可行的。     

从傅里叶望远镜接收信号中获取目标速度的方法

分析了傅里叶望远镜接收信号,结果表明,接收信号中不仅包含了被测目标的图像信息,还包含了目标的二维速度矢量信息。通过提取接收周期信号的频率可以推算出目标各分量的速度,从而得到二维速度矢量。信号频率的提取采用快速傅里叶变换分析进行频率粗估计,频率精确校正采用加Hanning窗的比值校正法。仿真了利用傅里叶望远镜测量导弹飞行速度。结果表明：在无噪声影响下,利用该方法获取的目标速度几乎无误差;存在噪声时,若接收信噪比高于5 dB,测量的目标速度精度高于0.02%。说明从傅里叶望远镜接收信号中获取目标速度的方法精度高、抗噪性好,理论上是可行的。     

实验室中傅里叶望远术频谱抽取方式

傅里叶望远术是一种主动式的高分辨率成像技术,它使用激光发射阵列产生的干涉条纹场去照射目标,然后用探测器接收回波信号,再对回波信号作相应处理重构出目标图像.在实验室验证实验中,抽取目标频谱的干涉条纹不是由发射阵列产生的,而是通过改变光束位置的方式获得.对直线干涉条纹抽取目标频谱的原理进行了论述,并提出了一种新的光束移动方...     

基于空域非均匀傅里叶变换的傅里叶望远镜

为了在稀疏发射阵列下清晰重构目标图像,提出了一种基于空域非均匀傅里叶变换(NDFT)的傅里叶望远镜信号处理方法。依据傅里叶望远镜的发射器位置与抽取的目标空间频率关系,结合MATLAB程序特点,完成了空域非均匀傅里叶逆变换,重构了目标图像。稀疏发射阵列配置方式为：T型阵列单臂放置11个发射望远镜,连续抽取目标的8个低频信息,再抽取3个高频分量。选择不同形状和灰度分布的4个卫星作为成像目标。与补零均匀快速傅里叶变换(FFT)方法重构的图像对比发现：信噪比为100 dB时,相比补零均匀FFT方法, NDFT方法重构图像的Strehl比都有所提升,最高提升了0.159 8。     

实验室中傅里叶望远术频谱抽取方式

傅里叶望远术是一种主动式的高分辨率成像技术,它使用激光发射阵列产生的干涉条纹场去照射目标,然后用探测器接收回波信号,再对回波信号作相应处理重构出目标图像。在实验室验证实验中,抽取目标频谱的干涉条纹不是由发射阵列产生的,而是通过改变光束位置的方式获得。对直线干涉条纹抽取目标频谱的原理进行了论述,并提出了一种新的光束移动方式。在抽取的目标频谱阵列、实验仪器的要求和还原目标频谱的迭代方式这三个方面与现有的两种光束移动方式进行对比,结果显示：这种新的光束移动方式降低了对试验设备的要求和简化还原目标频谱的迭代算法,为确定验证实验中的光束移动方式和后续的数据处理提供了参考依据。     

基于空域非均匀傅里叶变换的傅里叶望远镜

为了在稀疏发射阵列下清晰重构目标图像,提出了一种基于空域非均匀傅里叶变换(NDFT)的傅里叶望远镜信号处理方法。依据傅里叶望远镜的发射器位置与抽取的目标空间频率关系,结合MATLAB程序特点,完成了空域非均匀傅里叶逆变换,重构了目标图像。稀疏发射阵列配置方式为:T型阵列单臂放置11个发射望远镜,连续抽取目标的8个低频信息,再抽取3个高频分量。选择不同形状和灰度分布的4个卫星作为成像目标。与补零均匀快速傅里叶变换(FFT)方法重构的图像对比发现:信噪比为100 dB时,相比补零均匀FFT方法, NDFT方法重构图像的Strehl比都有所提升,最高提升了0.159 8。     

傅里叶望远镜成像质量分析与评价

斯特列尓比通常被作为评价傅里叶望远镜成像质量的方法.该方法通过求得复原图像与理想图像的相关度来评价成像质量,主要用于计算机仿真分析.然而,在真实环境中往往因为不能预知被测目标的形貌特征,使斯特列尓比像质评价方法失去作用.本文针对实验室内傅里叶望远镜成像数据,采用了两种不需要参考图象对比的方法:灰度平均梯度法和拉普拉斯梯度模法描述复原图像包含细节信息的程度,分析了非参照图像评价方法的可行性.对同一复杂程度的目标,分别利用计算机仿真及室内实测数据成像,分析灰度平均梯度法、拉普拉斯梯度模法与斯特列尓比描述成像质量的一致性.结果表明,分析灰度平均梯度法、拉普拉斯梯度模法这样的评价与斯特列尓比评价趋势一致,证明了分析灰度平均梯度法、拉普拉斯梯度模法无参照评价方法用于分析与评价傅里叶望远镜图像质量的可行性.     

傅里叶望远术中天线阵列配置对成像质量的影响

对傅里叶望远术系统进行了多个目标的成像过程模拟,针对不同配置的T型等间距天线阵列,利用Strehl值作为判据对系统成像质量进行分析。计算和重建结果表明：T型三等臂天线阵列采集到的目标频谱分布在水平和竖直方向的均衡性最优,重建像及Strehl值对各种目标均较好;在此三等臂结构下,设置单臂天线个数为3~18,对多个目标进行重建,由重建像及其Strehl值分布曲线的分析可见,单臂天线个数小于等于10时,天线数的增加将明显提高重建图像的质量和可识别性;单臂天线个数接近10时,重建的目标像已具备较好的可识别性;单臂天线个数大于10后,天线总数增加对提高目标可识别性作用有限。     

傅里叶望远镜重构图像虚像分析

研究了采用T型激光发射阵列情况下傅里叶望远镜重构图像的虚像问题, 基于系统成像基本原理, 明确了虚像的来源. 分析认为, 发射光束在x和y轴扫描时, 在俯仰角误差的作用下, 抽取目标的空间频率和设定值之间存在一定的偏差; 当进行轴向和象限相位闭合、计算目标的单一傅里叶分量时, 该偏差会对频谱的频移造成随机的相位影响, 反映在空域上使得重构图像存在虚影现象. 在不同扫描方式情况下, 采用下一步外场实验参数, 通过计算机模拟证实了上述分析的正确性.     

傅里叶望远术中天线阵列配置对成像质量的影响

 对傅里叶望远术系统进行了多个目标的成像过程模拟,针对不同配置的T型等间距天线阵列,利用Strehl值作为判据对系统成像质量进行分析。计算和重建结果表明：T型三等臂天线阵列采集到的目标频谱分布在水平和竖直方向的均衡性最优,重建像及Strehl值对各种目标均较好;在此三等臂结构下,设置单臂天线个数为3~18,对多个目标进行重建,由重建像及其Strehl值分布曲线的分析可见,单臂天线个数小于等于10时,天线数的增加将明显提高重建图像的质量和可识别性;单臂天线个数接近10时,重建的目标像已具备较好的可识别性;单臂天线个数大于10后,天线总数增加对提高目标可识别性作用有限。     

多光束傅里叶望远镜的关键技术

为了实现对远距离暗弱快速运动目标的高分辨率成像,基于多光束傅里叶望远镜的组成,对光学分系统、机械分系统、电子分系统和软件分系统涉及的关键技术进行了分析和讨论。针对光学分系统主要分析了激光光源、相位延迟器,声光移频器和光电倍增管所涉及的主要技术指标;机械分系统讨论了发射望远镜指示和跟踪精度、发射光束的快速切换和主镜的拼接支撑结构等;电子分系统介绍了同步控制、电磁屏蔽和配电等需要注意的问题;而针对软件分系统则讨论了光束快速切换、位置和角度变化的同步控制和图像恢复等。对上述关键技术的分析和讨论为多光束傅里叶望远镜系统的研制提供了参考。     

湍流大气中激光传输对傅里叶望远镜成像质量的影响

针对傅里叶望远镜系统激光在湍流大气中传输造成的成像质量下降,分析了湍流对光束传输特性的影响,指出成像质量的下降主要来自于上行传输链路中湍流造成的光束漂移与光束扩展,从而产生光束指向误差。分析了指向误差影响成像的机理。通过数值计算得出了不同强度湍流造成整条上行链路光束指向误差,并通过系统仿真,得到了不同强度大气湍流条件下的成像结果。结果显示：在弱湍流与中湍流条件下（大气折射率结构常数小于10-14 m-2/3）,随机指向误差较小(偏移比小于0.06),复原图像有较好的识别性;在强湍流条件下,成像质量下降严重。因此系统应选择避开强湍流地理位置与时段进行工作。     

湍流大气中激光传输对傅里叶望远镜成像质量的影响

针对傅里叶望远镜系统激光在湍流大气中传输造成的成像质量下降,分析了湍流对光束传输特性的影响,指出成像质量的下降主要来自于上行传输链路中湍流造成的光束漂移与光束扩展,从而产生光束指向误差。分析了指向误差影响成像的机理。通过数值计算得出了不同强度湍流造成整条上行链路光束指向误差,并通过系统仿真,得到了不同强度大气湍流条件下的成像结果。结果显示:在弱湍流与中湍流条件下（大气折射率结构常数小于10-14 m-2/3）,随机指向误差较小(偏移比小于0.06),复原图像有较好的识别性;在强湍流条件下,成像质量下降严重。因此系统应选择避开强湍流地理位置与时段进行工作。     

傅里叶望远镜外场实验与结果分析

为了分析外场环境因素对傅里叶望远镜成像质量的影响和验证成像过程不受下行链路大气扰动影响的特点,开展了傅里叶望远镜外场实验研究.外场实验在室内实验的发射光学系统的基础上增加了主镜、次镜和会聚透镜组对目标散射光进行3次会聚仿真实际系统的成像过程,同时将目标与主镜、主镜与次镜分别拉开100 m距离验证成像系统不受下行链路大气扰动影响的特点.实验利用胶片打印的2种不同的卫星图片作为目标,获得了Strehl值分别为0.44、0.39的无大气扰动的外场重构图像和Strehl值分别为0.43、0.38的含大气扰动的外场重构图像.通过比较外场重构图像与室内重构图像的Strehl值,得出发射光学系统中光束的振动对成像有较大影响.分析发现无大气扰动外场重构图像与含大气扰动外场重构图像的Strehl值相近,从而验证傅里叶望远镜成像过程不受下行链路大气扰动的影响.     

傅里叶望远镜外场实验与结果分析

为了分析外场环境因素对傅里叶望远镜成像质量的影响和验证成像过程不受下行链路大气扰动影响的特点,开展了傅里叶望远镜外场实验研究.外场实验在室内实验的发射光学系统的基础上增加了主镜、次镜和会聚透镜组对目标散射光进行3次会聚仿真实际系统的成像过程,同时将目标与主镜、主镜与次镜分别拉开100 m距离验证成像系统不受下行链路大气...