傅里叶望远镜成像分析
傅里叶望远镜成像技术采用光学主动照明,是一种新兴的合成孔径高分辨成像技术,在空间探测领域有极大的应用潜力,该技术的研究和实现对于提高我国的空间实力和国防力量具有重大意义.傅里叶望远镜成像的主要环节包括:通过激光阵列发射多束互有频移的激光照射待测目标,用光电探测元件将反射回波转换为电信号,利用数据采集卡将电信号输入到计算机,通过各种软件算法解析信号并重建图像.本文以图像重建为主要研究内容,并探讨以上各环节中与图像重建直接相关的技术内容.傅里叶望远镜成像系统综合运用多学科知识,涉及内容较多,软硬件结构复杂,从成像原理提出到现阶段的研究仍处于仿真和实验阶段,方兴未艾,故本文立足于解决仿真和实验中的问题,又进行了探索性的研究和尝试,主要工作和成果有如下几点:(1)介绍了傅里叶望远镜成像技术的研究背景及其意义,简述了国内外发展概况;(2)利用傅里叶分析的框架,描述了傅里叶望远镜中的物理过程,并对后端的信号解调、相位闭合及累乘积求解频谱分量的算法和过程详细阐述;(3)通过严格推导给出了图像重建算法,并提出了重建图像无压缩形变的限定条件.该限定条件对于利用成像结果测量目标姿态并做出相应决策,具有重要意义.斯特列尔比是用来评价傅里叶望远镜成像系统的仿真或实验结果的性能指标,提出了用以设置重建图像矩阵规模具体数值的公式,保证了斯特列尔比度量实验或仿真结果时的准确性和有效性.逆向使用该公式亦可用于获取实际测量时未知目标的空间几何信息;(4)为保证由计算机所记录的信号能够解调出频谱分量,推导出了设定光束间频差、回波采样周期和采样数时,三者应遵守的数量关系.为减少所需测量的数据组的数目,节省测量时间,加快成像速度,提出了基于"T"型发射阵列的五光束移动方式,大大减少了数据组的数目;(5)编写计算机仿真程序,设计和搭建室内及外场实验装置,将已得各结论应用其中并加以验证;(6)发射阵列上光束的位置决定了采集到的频谱信息的坐标值,提出了外场实验中光束位置反馈控制信号的获取思路,可用以实时校正光束位置,节省实验时间、提高实验精度;(7)在已有的理论知识和实验经验的基础上,对傅里叶望远镜的成像原理深入研究,揭示了其对目标反射率测量的不准确性,并尝试提出解决方法.
- 作者：
- 司庆丹
- 学位授予单位：
- 中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)
- 专业名称：
- 信号与信息处理
- 授予学位：
- 博士
- 学位年度：
- 2014年
- 导师姓名：
- 马彩文；罗秀娟
- 中图分类号：
- TP391.41；TH743
- 关键词：
- 傅里叶望远镜；图像矩阵规模；光束移动方式；光束位置反馈；测量不准确性
- Fourier telescope； image matrix size； beam motion； location feedbacksignal； principal limitation