相干場成像技術,又稱為傅里葉望遠鏡,是一種對遠距離暗弱目標進行高分辨率成像的成像技術。其成像原理是利用相干光束產(chǎn)生的干涉條紋場對目標的頻譜信息進行調制,從反射接收信號中解調出頻譜并重構圖像。該技術憑借著高分辨率與主動成像的優(yōu)勢,在空間目標識別與監(jiān)測方面具有重要應用潛力。作為一種計算間接成像技術,后續(xù)的數(shù)據(jù)處理過程對最終重構圖像的質量影響較大。為了更好地提高重構圖像的質量,本文對相干場成像的圖像重構技術進行了研究,主要研究內容包括以下幾個方面： 1.從干涉場與目標頻譜編碼的數(shù)學原理出發(fā),介紹了相干場成像的系統(tǒng)組成及成像過程,以T型等間隔發(fā)射鏡陣列為例,重點闡述了其圖像重構技術,包括頻譜解調、相位閉合及圖像重構算法等,為后續(xù)的圖像重構技術研究打下基礎；以發(fā)射鏡的位置誤差為例,對誤差傳遞函數(shù)進行推導,以此為依據(jù)對發(fā)射鏡位置誤差影響進行分析。 2.基于現(xiàn)有圖像重構算法的不足,引入在相干測量中的相位恢復算法,與傳統(tǒng)重構算法結合,形成一種基于迭代的圖像重構方法。其出發(fā)點是相干場成像解調頻譜的幅值抗噪能力較強,畸變小,而相位抗噪能力較差,畸變相對大,傳統(tǒng)重構算法對解調頻譜進行逆傅里葉變換,沒能夠利用幅值畸變小的優(yōu)勢,迭代重構方法取解調頻譜的幅值作基礎,利用相位恢復算法逐步恢復相位信息,并輔之以直接重構算法獲得圖像信息作約束,最終得到優(yōu)化解。對解調頻譜的幅值和相位的抗噪聲能力的差異進行了理論分析,對迭代重構方法進行了計算機仿真試驗及室內實驗、外場實驗,結果驗證了該方法的有效性。 3.基于O型發(fā)射鏡陣列相干場成像解調頻譜分布特點,引入頻譜外推的超分辨率方法,形成一種針對O型發(fā)射鏡陣列和其它類似發(fā)射鏡陣列的相干場圖像超分辨率重構方法。O型發(fā)射鏡陣列相干場成像具有系統(tǒng)體積緊湊、頻率抽樣點數(shù)多的優(yōu)點,但是系統(tǒng)等效口徑小、頻譜分布不均勻、頻譜效率低�；诔闃佣ɡ淼念l譜外推方法能夠將頻率抽樣點數(shù)多的優(yōu)勢轉化為外推帶寬,同時將分布不均勻、效率低的頻譜轉化為均勻分布頻譜,在提高成像分辨率的同時可以提高圖像的質量。對O型發(fā)射鏡陣列的相干場成像進行了計算機仿真試驗,并對該方法的實用限制進行了分析。此外,針對美國SAINT計劃的成像系統(tǒng)進行了該方法的應用分析及仿真。 4.基于多光束相干場成像技術的特點及設計要求,設計一套多光束相干場成像地面驗證系統(tǒng)。系統(tǒng)分為發(fā)射系統(tǒng)及接收系統(tǒng)兩大部分。發(fā)射系統(tǒng)采用T型等間隔發(fā)射鏡陣列,同時為了滿足采樣定理和增加頻率抽樣點數(shù),利用高精度導軌模塊對光束發(fā)射位置進行切換。接收系統(tǒng)采用單塊大口徑反射鏡加二次聚光鏡組的方式進行聚光。對系統(tǒng)參數(shù)和光機結構實現(xiàn)進行了詳細設計,并加工裝調了分光模塊和導軌模塊,測試結果驗證了設計的合理性。 5.基于設計的多光束地面驗證系統(tǒng),進行多光束微弱信號解調及圖像重構技術研究。采樣時間內探測系統(tǒng)接收光子數(shù)服從泊松分布,一次發(fā)射光束數(shù)量太多,散粒噪聲會很大,以致湮沒微弱的高頻信息。分析不同發(fā)射光束數(shù)量對高頻微弱信息的影響,選擇最優(yōu)的發(fā)射光束數(shù)量,并采用濾波+相關檢測法進行高頻微弱信號解調,相比傳統(tǒng)的濾波法,解調頻譜精度得到提高。參考3光束相干場成像技術的相位閉合方法,’對多光束解調頻譜進行相位閉合。計算機仿真結果驗證了方法的有效性。
【學位單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：TP391.41
【部分圖文】：

1999年MacDonald等人進行了室內二維目標成像實驗[8]，首次通過實驗方法獲得了二維目標圖像。實驗系統(tǒng)結構如圖1.1所示。iDeam power and{>olar)2a)ion a<l]us{men! g印的郵?》一-「._ /0-s—如==?\ I 幫0v| [o> 8——a<Ji?slmemJ ::RS232i I rt nn'*"** // 3: 2S$ HzOPB Zm \ s (+110 MHz)frame 講命 b?r //^ .AOC nsa3WRS485 cwiv. // Vn、、、-—、j \ HHH 一.J \ c^-Z=> FT<mm ff \ _i. il "— 一^defector ,?ge, + 、■■、伽咖 、、■■?—— 圖1. 1相干場成像室內實驗結構圖同時期研究人員對大氣端流的影響分析作了大量工作[9-15]。1999年TimBrinkley等人研究了大氣端流及大氣抖動效應對相干場成像的影響[9]。圖1.2給出了大氣抖動對相干場成像的影響，CT表征了抖動程度。圖1.3給出了高階大氣瑞流擾動對相干場成像的影響，6 / r。表征了瑞流擾動程度。2002年Mikhail Helen等人研究了散斑、端流及散粒噪聲對相干場成像下行鏈路的影響[11],圖1.4給出了散斑、瑞流對解調相位的影響。結果表明瑞流對下行鏈路的影響很小，可以忽略不計。3

第1章緒論的T型支架上。光束的發(fā)射孔徑為40cm。激光器為Cr:LiSAF脈長為852nm。接收系統(tǒng)初步設計由40個定日鏡組成，每個定日鏡，跟貓精度為Imrad。每個定日鏡對應一個探測器，探測器為光電光敏面為2.5011。發(fā)射系統(tǒng)每次發(fā)射3束激光，每次發(fā)射需要200沖，全系統(tǒng)完成一次成像過程需要6-8個小時。

圖1.6 GLINT外場實驗系統(tǒng)概念圖:KS. ? ? w ? w tap I⑷ W圖1.7 GLINT外場實驗重構圖像(a)室內實驗結果；（b)光束大氣中傳輸1.5km結果GLINT計劃懫用每次發(fā)射3束激光的方案，要完成對目標的頻譜掃描需量光束切換，耗時較長，不適用于對空間快速運動目標成像。美國空軍啟動了 SAINT (Satellite Active Imaging National Testbed)計劃，利用多場成像技術對低軌道快速運動目標進行成像[20-21]。整個系統(tǒng)由發(fā)射系系統(tǒng)組成，其系統(tǒng)藝術植染圖如圖1.8所示。發(fā)射系統(tǒng)由激光器及發(fā)射

【參考文獻】

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本文編號：2813687