剪切光束成像（Sheared-beam imaging,SBI）是一種采用相干激光照明和回波相干接收的計(jì)算成像技術(shù)。其成像原理上具有一定克服大氣湍流的能力,并且通過(guò)對(duì)接收陣列的擴(kuò)展,系統(tǒng)能夠達(dá)到傳統(tǒng)光學(xué)成像系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)的大等效口徑,在地基對(duì)遠(yuǎn)距離暗弱目標(biāo)高分辨率成像方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。本文以提高SBI成像質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)為主要研究?jī)?nèi)容,從成像原理、系統(tǒng)構(gòu)成、成像質(zhì)量影響因素和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等多個(gè)方面,對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究和討論。本文主要工作和成果有:通過(guò)對(duì)剪切光束成像技術(shù)基本原理的研究,推導(dǎo)出成像系統(tǒng)分辨率與探測(cè)器陣列基線(xiàn)長(zhǎng)度的具體限定關(guān)系,利用計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證了分辨率理論的正確性。研究了目標(biāo)頻譜振幅信息在圖像重構(gòu)中所起的作用,得出了該成像技術(shù)成像質(zhì)量主要受回波信號(hào)相位影響的結(jié)論,為后續(xù)成像質(zhì)量影響因素研究指明了方向。同時(shí),提出一種適合評(píng)價(jià)剪切光束成像圖像質(zhì)量的無(wú)參照?qǐng)D像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。在對(duì)SBI系統(tǒng)內(nèi)影響成像質(zhì)量的因素的研究中,根據(jù)理論分析和仿真結(jié)果,提出了SBI高質(zhì)量成像所需的光束能量配比方式。針對(duì)激光頻率誤差對(duì)目標(biāo)頻譜的影響,提出了相應(yīng)的頻率解調(diào)方法和頻譜校正方案。此外,建立了SBI... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所)陜西省

【文章頁(yè)數(shù)】：145 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

軌道類(lèi)型及其功能示意圖

剪切光束成像像質(zhì)影響因素及提升方法研究2同時(shí)，隨著航天技術(shù)的日益發(fā)展和該領(lǐng)域進(jìn)入壁壘的不斷降低，越來(lái)越多的國(guó)家和商業(yè)公司能夠參與到衛(wèi)星制造、衛(wèi)星發(fā)射、空間探索和載人航天等項(xiàng)目中。截止到2018年10月4日，地球軌道上已被美國(guó)太空監(jiān)視網(wǎng)（SpaceSurveillanceNetwork，SSN）正式編目的人造物體總數(shù)達(dá)到19173個(gè)[5]，按照航天器、火箭殘孩解體碎片等類(lèi)別劃分，其數(shù)量變化如圖1.2[6]。圖1.2地球軌道人造物體數(shù)量變化Figure1.2NumberofobjectstrackedinEarth’sorbitbyobjecttype隨著一顆顆衛(wèi)星的升空，空間環(huán)境的復(fù)雜性將增大，衛(wèi)星出現(xiàn)故障、碰撞和解體的風(fēng)險(xiǎn)也隨之攀升，從而形成更多的空間碎片等人造物體散布在空間領(lǐng)域。這些碎片處于高速運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，在地球同步軌道上空間碎片的速度通常在2-3km/s，在低地球軌道上能達(dá)到15km/s[7]，嚴(yán)重增加了空間資產(chǎn)運(yùn)作時(shí)受到損害的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)空間目標(biāo)探測(cè)和識(shí)別的能力正成為一種日益增長(zhǎng)的需求�？臻g目標(biāo)泛指存在于距地球表面150公里以外空間的所有目標(biāo)[8]�？臻g目標(biāo)的探測(cè)與識(shí)別是空間態(tài)勢(shì)感知[9]獲取信息的重要手段和數(shù)據(jù)來(lái)源[10]，對(duì)獲得制天權(quán)與制信息權(quán)起到至關(guān)重要的作用[11-12]。因此，十分有必要開(kāi)展對(duì)空間目標(biāo)高分辨率成像技術(shù)的研究。光學(xué)探測(cè)在空間目標(biāo)探測(cè)識(shí)別和跟蹤中占有重要地位�，F(xiàn)有光學(xué)探測(cè)主要是利用光電望遠(yuǎn)鏡探測(cè)設(shè)備（望遠(yuǎn)鏡和光電探測(cè)器的集成設(shè)備）來(lái)實(shí)現(xiàn)[13]。傳統(tǒng)地基光學(xué)成像系統(tǒng)多屬于被動(dòng)成像，自身不配備光源，依靠目標(biāo)反射環(huán)境光或目標(biāo)自身發(fā)光實(shí)現(xiàn)成像[14]。這種被動(dòng)接收的特性使成像不可避免地受到天空背景輻射

剪切光束成像像質(zhì)影響因素及提升方法研究4圖1.3一種利用探測(cè)陣列接收激光回波散斑獲取目標(biāo)信息的激光雷達(dá)系統(tǒng)示意圖Figure1.3Schematicdiagramofalaserradarsystemforobservingspeckle剪切光束成像技術(shù)的成像過(guò)程與上圖十分類(lèi)似，圖1.4為其成像示意圖。剪切光束成像技術(shù)采用三束從不同位置發(fā)射的同源分束激光同時(shí)照射目標(biāo)，發(fā)射孔徑在垂直方向上呈“L”形分布，成像時(shí)發(fā)射孔徑間距xs和ys固定，xs和ys也被稱(chēng)為發(fā)射孔徑在x和y方向上的剪切量，每束激光的頻率之間都存在微小的差異，這樣在目標(biāo)表面將形成掃動(dòng)的干涉條紋。圖1.4剪切光束成像示意圖Figure1.4Schematicofsheared-beamimagingprinciple受目標(biāo)調(diào)制后，每束激光的反射回波都獨(dú)立地?cái)y帶著目標(biāo)信息。在接收平面，探測(cè)器陣列中探測(cè)器單元間隔與發(fā)射孔徑的剪切量完全相同。反射回波在接收面上以散斑場(chǎng)的形式呈現(xiàn)，不同光束產(chǎn)生的散斑場(chǎng)在探測(cè)器陣列上相干疊加并形成隨時(shí)間變化的光強(qiáng)信號(hào)，利用高速探測(cè)器接收每個(gè)探測(cè)器單元上的光強(qiáng)拍頻信號(hào)，計(jì)算出拍頻信號(hào)的相位，該相位包含了目標(biāo)頻譜相位信息，最終根據(jù)計(jì)算的

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[3]散斑噪聲對(duì)基于特征點(diǎn)匹配的圖像配準(zhǔn)的影響[J]. 陳波,孫天齊,劉愛(ài)新.  激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2017(12)
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[5]基于全相位譜分析的剪切光束成像目標(biāo)重構(gòu)[J]. 陳明徠,羅秀娟,張羽,蘭富洋,劉輝,曹蓓,夏愛(ài)利.  物理學(xué)報(bào). 2017(02)
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[9]傅里葉望遠(yuǎn)鏡對(duì)實(shí)際有縱深目標(biāo)成像的研究[J]. 董磊.  激光與紅外. 2014(12)
[10]面向高軌目標(biāo)的強(qiáng)度相干成像技術(shù)研究[J]. 李希宇,高昕,唐嘉,陸長(zhǎng)明.  飛行器測(cè)控學(xué)報(bào). 2014(04)

博士論文
[1]空間目標(biāo)地基紅外探測(cè)技術(shù)研究[D]. 黃智國(guó).中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所) 2018
[2]波前畸變對(duì)星間激光通信鏈路性能的影響研究[D]. 楊玉強(qiáng).哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2009
[3]全相位數(shù)字信號(hào)處理[D]. 黃翔東.天津大學(xué) 2007
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碩士論文
[1]光學(xué)相干層析系統(tǒng)中的圖像后處理技術(shù)[D]. 唐一彪.電子科技大學(xué) 2017
[2]基于自適應(yīng)光學(xué)的激光精跟蹤技術(shù)研究[D]. 王保峰.中國(guó)科學(xué)院研究生院（西安光學(xué)精密機(jī)械研究所） 2014
[3]基于激光多普勒效應(yīng)的回轉(zhuǎn)體直徑測(cè)量技術(shù)研究[D]. 趙登.西安理工大學(xué) 2008
[4]隨機(jī)光場(chǎng)入射時(shí)的貓眼效應(yīng)研究[D]. 韓勇.電子科技大學(xué) 2008
[5]大氣湍流中的激光傳輸數(shù)值模擬及其影響分析[D]. 徐光勇.電子科技大學(xué) 2008
[6]單幅電子散斑干涉條紋圖相位提取方法的研究及其應(yīng)用[D]. 李波濤.天津大學(xué) 2007
[7]圖像配準(zhǔn)與拼接方法研究[D]. 毛曉冬.西安電子科技大學(xué) 2006



本文編號(hào)：3011148