[发明专利]一种基于光学上变频的相干成像系统实时相位校正方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于光学上变频的微波综合孔径成像系统的实时相位校正方法。

背景技术

在微波成像探测中，干涉综合孔径成像技术由于在避免了大尺寸天线安装的情况下就能够达到较高的空间分辨率而得到广泛的关注。近年来，为解决传统电学成像方法速度慢、系统复杂的弊端，基于光学上变频的电光成像方法得到了重点研究。该方法将阵列天线接收到的微波信号通过电光调制器加载到光波上，通过光纤传输，利用透镜成像系统的傅里叶变换特性，可以达到直接成像，从而避免了复杂、耗时的相关计算。

为保证成像探测的质量，孔径合成成像技术对探测信号的相位准确度要求很高，各通道间的路径差不能超过0.1倍波长。由于光学器件对温度、压力等外界条件的高度敏感性，其相位特性很难保证长时间稳定，在成像探测过程中会发生相位漂移，从而不断引入相位误差。因此，在该系统引入快速、实时的相位校准技术十分必要，也是该成像系统的关键。

目前采用的方法主要有各通道逐一单独校准和冗余相位校准法，但前者不能进行实时校准，后者校准原理和系统构造都过于复杂，而且对天线、光纤阵列、光栅的位置精确度要求过高，实际操作中很难实现。因此，更为快速、方便的相位校准方法还有待研究。

发明内容

本发明的主要目的就是根据透镜成像特性及光波间的干涉条纹特征，快速实现相位校准。

在如上所述的电光成像系统中，在经过光纤传输后，不同通道的信号在空间自由传播时会发生干涉。在只有两个传输通道(光纤)的情况下，两个同相位光源所产生的干涉条纹可以由理论计算很容易得到。在实际测量中，可以通过调整其中一个传输通道的相位，使得实际观察到的干涉条纹与双通道理论干涉条纹的相似度最高，这样就可以使得两个通道的相位差达到最小。这也是本发明的基本思想。

对于多通道系统，以上述方法为基础，同时为保证各通道两两干涉的独立性，设计如附图的系统。利用透镜成像特性，将光纤末端置于透镜的物面，观察屏置于透镜的像面，当三者位置关系满足理想成像公式时，会在观察屏上看到独立的一组点，这是光纤末端阵列所形成的像。将观察屏适当前移，即对成像面进行散焦处理会发现这些点会逐渐扩大，并彼此出现干涉现象。本发明通过选择合适的位置，使得相邻的通道所形成的像刚好发生干涉，而距离其较远的通道又不足以对其产生影响(如附图2所示)，从而依次调整各通道相位使得其与相邻通道的干涉条纹符合理想情况，达到相位校准的目的。

该方法原理简单，不需要加入参考光束，运用各通道信号间的两两相干就可实现系统的实时相位校准。

附图说明

附图1为相位校准系统布局图

图中：1、前端相干系统，2、相位控制，3、光线阵列，4、分光镜，5、成像系统，6、透镜，7、CCD，8、计算机。

附图2为七个通道的信号在通过该系统后在CCD上的干涉条纹示意图

附图3为取自附图2中右侧两个光斑中心连线上的一维干涉条纹强度分布图

具体实施方式

在光纤阵列末端附近放置一分光镜，使其将来自于光纤的出射信号分为两部分，一部分进行成像处理，一部分进行相位校准，从而在不影响系统成像的情况下实现实时校准。根据相位校正的原则及实际的光纤阵列的排列情况，分析得到观察屏(这里指CCD)的最佳位置，通过计算仿真得到理想情况下各通道(即光纤末端)在CCD上所成像的中心位置。在实测过程中，只需取相邻通道的中心点连线上的一维干涉条纹图像，如附图3所示，其中实线表示加入相位误差后的实测强度分布，虚线表示理想状态下的强度分布。通过测定二者中心波峰点的距离差，得出所需要的相位调整量，从而对相位控制器提供相应的电压，反馈调整通道的相位，使得此一维干涉条纹图像达到虚线所表示的状态，从而实现这两个通道相位差的校正。采用相同的方式，再对其它通道进行两两校准，从而达到所有通道的相位校正。

本领域技术人员可以理解：在不背离本发明广义范围的前提下，可以对上述实施例进行改动。因而，本发明并不仅限于所公开的特定实施例，其范围应当涵盖所附权利要求书限定的本发明核心及保护范围内的所有变化。