[发明专利]基于干涉探测技术的光学搜索跟踪望远镜

说明书

技术领域

本发明涉及望远镜技术领域，具体涉及一种基于干涉探测技术的光学搜索跟踪望远镜。

背景技术

对于天文观测来说，选择一个视宁度好、背景杂光低的站址是非常重要的，然而这样的站址非常稀缺，并且随着城市化的发展，原来好的站址可能由于不断增加的周边灯光污染和雾霾等环境污染而变坏。另外，随着科技进步和航空航天事业的不断发展，大气层附近各种飞行器数目飞速增加。因此，需要寻找一种有效的方法抑制天光背景噪声对大口径成像望远镜探测能力的影响。因为大口径成像望远镜的视场均很小，都需要一个光学搜索跟踪望远镜将感兴趣的目标引导入大口径成像望远镜的视场，所以提高光学搜索跟踪望远镜的探测能力是提高最终大口径成像望远镜探测能力所必需的一个重要前提。

现有光学搜索跟踪望远镜受太阳和天光背景的影响，其探测时段、探测能力和测量精度受到严重制约。而现有抑制天光背景噪声的方法(主要包括：视场控制法、光谱滤波法、偏振滤波法等)均有其局限性，主要体现在以下几点：对于视场控制法，其缺点是视场较小，且在强天光背景下抑制能力不佳；对于光谱滤波法，其缺点是当目标与天光背景的光谱相近时难以区分目标光和天光背景的光谱能量峰值；对于偏振滤波法，一般需要提前预估目标光和天光背景的偏振态的差异，而由于偏振态的差异随着目标轨道运动和姿态以及太阳高度角等的变化而改变，故具体实现较为复杂且对应用时段和场景也有一定要求。

发明内容

为了解决现有光学搜索跟踪望远镜存在的探测时段、探测能力和测量精度受到严重制约的问题，本发明提供一种基于干涉探测技术的光学搜索跟踪望远镜。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的基于干涉探测技术的光学搜索跟踪望远镜，包括：

滤光片，对目标光和天光背景光进行滤波，将目标光频谱范围之外的天光背景光滤除；

偏振器件，将经滤光片滤波后的目标光和天光背景光变换成线偏振光；

设置在波面上的两个相同的光场相位调制器，一个光场相位调制器施加高压电，另一个光场相位调制器不施加高压电，通过两个光场相位调制器将线偏振光分成两路并对线偏振光的相位进行周期性调制；

光学镜头，将经周期性相位调制的两路光束会聚在焦平面上，形成干涉场；

设置在焦平面上的探测器，目标光在探测器靶面形成具有条纹分布的光斑，经探测器作用后目标光转换成目标电信号输出；

信号处理系统，接收目标电信号并对其进行处理，实现对目标的探测；

所述滤光片、偏振器件、两个光场相位调制器、光学镜头、探测器沿光轴依次排布，两个光场相位调制器相对平行设置。

进一步的，所述信号处理系统包括：

设置在探测器后方的多个带通滤波器，所述探测器中的所有像素与多个带通滤波器一一对应，通过带通滤波器将目标电信号调制频率之外的天光背景光滤除并转换成目标时域变化信号；

与多个带通滤波器一一对应相连的多个同步解调器，将目标时域变化信号解调为目标频域直流信号；

与多个同步解调器一一对应相连的多个低通滤波器，用于筛选目标频域直流信号；

与多个低通滤波器电连接的计算机，读取经低通滤波器筛选后的目标频域直流信号并对其进行处理，利用计算机重构探测器所探测到的目标光斑分布。

进一步的，所述偏振器件选用偏振棱镜或者偏振片。

进一步的，两个光场相位调制器均选择泡克尔盒。

进一步的，两个光场相位调制器均选择声光调制器。

进一步的，所述探测器选用CCD、CMOS、EMCCD、光电二极管阵列PDA或者雪崩光电二极管阵列APDA。

本发明的有益效果是：

本发明基于光学干涉和光场相位调制的干涉探测技术，利用小角直径目标具有更好的空间相干性和弱信号提取技术(目标干涉条纹的调制和解调)、可形成白光干涉条纹(基于部分相干光理论中的Van Cittert-Zernike定理)以及周期性信号提高信噪比等特点，不需要压缩视场，不需要区分目标和天光背景的光谱能量峰值，也不需要预估目标和天光背景的偏振态的差异，就可以实现对强天光背景噪声的有效抑制，进而提高对暗弱目标的探测能力，最终实现光学搜索跟踪望远镜在白天对高星等暗弱目标进行探测的目的，探测能力强，探测精度高。