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.

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。

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.

傅里叶望远术中的相位闭合分析及其仿真

傅里叶望远术是近年来受到广泛关注的一项主动成像技术。它利用直线干涉条纹对目标的傅里叶频谱进行提取,并利用相位闭合技术消除随机相位,最终获取同步轨道目标的高分辨率图像。对傅里叶望远术的基本理论进行了推导,详细阐述了相位闭合实现方法,并对整个过程进行了计算机模拟。仿真实现了对两个目标的频谱扫描并重建了它们的二维灰度图像,充分验证了傅里望远术的正确性和可行性。

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。

傅里叶望远镜发射阵列的冗余度及“冗余度-斯特列尔比-目标信息”特性分析

傅里叶望远技术中不同的基线配置产生不同方向的多组干涉条纹以扫描目标表面.能否有效判断条纹方向与目标表面细节信息是否匹配决定了目标空间的采样效果.本文首先对发射基线的冗余度进行了分析,之后提出了一种新的发射基线分析方法,通过定义冗余度-斯特列尔比-目标信息(RST)的概念,将基线冗余度、目标细节信息与重构图像质量相结合.分析了目标空间细节信息与基线配置的匹配关系.文中采用T形阵列对目标空间频谱采样.当某一基线配置的RST值满足文中所设定的大小关系时,判断目标的细节信息主要分布于阵列的横轴方向还是竖轴方向.并以此为参考,调整下一步基线扫描时横竖两轴的扩展规模,实现了利用目标空间的较低频反馈信息来指导较高频信息的采样基线配置.此分析方法的建立有助于优化傅里叶望远系统真实发射阵列的工作方式,使基线的频谱与目标的空间谱较好地匹配,达到更好的探测结果.

傅里叶望远术的实验室验证系统

本文介绍了傅里叶望远术成像的基本原理,为验证傅里叶望远术成像原理,在实验室中搭建了四光束的傅里叶望远术验证成像系统,对灰度透射式目标进行成像验证,利用LabVIEW软件完成了实验中相关控制软件、检测软件和信号处理软件程序设计。通过形成不同空间频率的干涉条纹提取目标的频谱值,利用相位闭合技术,消除与图像无关的相位因子,提取目标图像的一维和二维频谱图进行图像重构,得到了目标的重构图像,最后分析了影响成像质量的因素。

大气环境中傅里叶望远镜系统能量设计

能量设计技术是傅里叶望远镜的关键技术之一。分析了激光的大气传输效应及其对激光束能量的影响。根据上行和下行链路的能量传输,推导出一种傅里叶望远镜系统激光总能量计算方法,给出了相应的适用条件。同时,还提出一种基于辐射理论的快速能量估算方法,并用其估算了傅里叶望远镜探测1000km低轨道目标所需发射器总能量。指出了发射器能量不均衡对成像质量的影响并进行了仿真,得到发射器阵列各光束强度差别须小于5%的结论。从大气透射率、激光出射孔径、光束准直、发射方案、散斑效应、接收技术和图像重构技术等方面,提出了减少能量损失应采取的设计理念和措施。

基于全相位谱分析的傅里叶望远术目标重构

傅里叶望远术(FT)是一种用多束间距不同、频率受调制的激光干涉照明远距离目标,通过解调反射的强度时序信号来重构图像的主动成像技术。提出了一种基于全相位快速傅里叶变换(apFFT)谱分析的傅里叶望远术图像重构是一种全新的回波信号处理方法,通过对回波信号做全相位傅里叶变换,能准确地直接提取信号的相位和振幅信息,再结合相位闭合算法消除畸变相位,重构目标图像。与传统的傅里叶望远术数据处理方法相比,不需要对信号频率做精确估计,从而避免了频率误差带来的影响。这对于实现低轨道快速运动目标成像,以及在一定程度上消除移频器的移频误差和大气湍流的活塞抖动效应是非常有利的。数值仿真验证了该方法的可行性,并且通过信号存在白噪声和频率误差两种情况下与传统方法的对比,显示了其具有良好的消除频率误差能力,同时抑噪性能并不会下降。

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。实验方案较好地模拟了外场"T"型阵列发射结构,同时还保证了光斑的有效重合,最大程度地利用了光斑能量,有利于提高信号的信噪比,有利于光束对目标的瞄准,对进一步避免大气湍流的影响具有一定指导意义。

多光束激光相干成像孔径偏差对成像质量影响

多光束激光相干场成像技术突破传统概念,采用微小频移的光束组两两干涉提取目标的傅里叶分量,通过目标频谱傅里叶逆变换获得目标高分辨率图像。该技术仍处于实验室原理验证向实体阵列过渡的研究阶段。在这一过程中多种影响因素对成像质量产生着影响。其中发射阵列的孔径位置误差分布规律以及控制范围一直缺乏较为系统的理论支撑。从傅里叶望远镜发射阵列的光场传输特性入手,分析了在基线不同位置引入孔径误差时对成像质量的影响。并分析出孔径位置精度的要求与分布规律,同时针对这一分布规律提出了孔径位置的相对误差精度,计算机仿真分析得出相对误差精度应控制在5%以内不影响成像质量。该研究为傅里叶望远镜发射阵列的设计与装调提供了理论依据,为傅里叶望远技术的工程化实现奠定一定的理论基础。

真实大气环境下水平方向激光主动相干阵列成像实验研究

为了研究激光相干阵列在全大气层湍流中的成像能力,在全相位闭合等方法的基础上,利用HV57模型中的大气折射率结构常数来标定大气相干长度,通过当地风速和光路高度等参数计算了实验所在地等效整层大气湍流的水平传输距离,研制了Ф1.5 m等效孔径的激光相干发射阵列,对1.2 km远处物体进行了成像实验,成像分辨率达到了亚角秒级。验证了激光相干阵列成像系统对大气湍流影响的抑制作用和成像能力,可为未来研制实体激光相干阵列成像系统提供理论与技术支撑。

相干场成像原理局限性分析

研究了相干场成像技术(又称傅里叶望远术)的基本原理,从理论上分析其局限性,明确定义测量对象并通过曲面积分推导成像过程中的数学关系.结果表明,该技术的重建图像中含测量对象表面的梯度信息,其对物体表面反射率分布的测量是不准确的,并进行了计算机仿真验证.这为评估该技术成像结果和进一步发展相干场三维成像提供借鉴.