[发明专利]远程傅里叶望远镜成像演示系统

说明书

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种傅里叶望远镜成像演示系统。

背景技术

傅里叶望远镜是一种远程目标非传统激光主动成像系统，突破了传统成像概念，利用时间域信息编码和相位闭合技术抑制大气湍流对成像的影响，同时打破望远镜口径的限制，从原理上解决分辨率受光学接收口径制约的瓶颈问题，通过扩展发射阵列基线长度提高分辨率，能够极大地提高望远镜的分辨率。

傅里叶望远镜原理如图1所示，傅里叶望远镜用不同频率调制后的多束干涉激光主动扫描目标，利用干涉条纹对目标的傅里叶频谱进行提取，再利用大面积非共相接收器接收经时间调制的散射回波能量，解调目标反射强度信号；变换发射基线，得到不同空间频率点的傅里叶频谱，再通过逆傅里叶变换重建目标的高分辨率图像。

傅里叶望远镜系统在结合主动成像与光学综合孔径技术优势的同时，利用频率调制与相位闭合技术抑制大气湍流对成像的影响，无需利用自适应光学进行大气补偿，极大地提高了望远镜的分辨率，具有识别远距离暗弱目标的突出优势。采用多束激光主动照明及时域信息编码技术，降低了对光纤激光器功率及光学接收系统面型的要求；整个望远镜系统易于扩展，增加基线长度可提高分辨率，增加接收面积可提高系统信噪比，增加激光功率可对更暗目标成像。理论上，对深空暗弱目标成像的角分辨率可达到纳弧度量级，填补这方面的空白。

傅里叶望远镜有着重要的应用价值和研究价值。傅里叶望远镜实验研究以演示系统作为研究平台，对关键技术进行研究，攻克系统中存在的难题。因此演示系统模型越接近最终应用傅里叶望远镜系统，对傅里叶望远镜越有指导意义。

然而，现有傅里叶望远镜演示系统还存在不足之处：

1、现有演示系统中，或是目标和激光发射装置处在同一端，主要进行下行链路的成像验证，省略了成像系统的上行链路；通过对傅里叶望远镜的原理分析可知，对傅里叶望远镜系统成像性能影响最大的是激光发射上行链路，下行链路只对接收能量有影响，单纯的下行链路实验，不能完整地反映傅里叶望远镜系统性能；或者是仅仅进行了短距离的上行链路实验，不能反映整层大气对傅里叶望远镜的影响，不能证明所采用的技术手段和算法能够有效抑制整层大气对成像的影响。

2、现有演示系统多采用空间光进行激光的分束和发射，这种分束方式存在激光能量损耗较大，同时需要复杂的激光发射装置，而且在发射基线扩大的同时，还需要额外的光程差的补偿机构以保证各发射激光间的相干性。

3、现有演示系统中的激光发射阵列仅是实验验证形式，不具备实际应用价值。

4、现有演示系统中的激光发射阵列采用三光束激光发射，无法验证对运动目标成像的多光束成像技术及相应的图像重构算法。

发明内容

为克服现有傅里叶望远镜成像演示系统的不足，本发明提供一种远程傅里叶望远镜成像演示系统，能够进行外场实验研究，验证对傅里叶望远镜技术研究中的关键技术以及在等效整层大气湍流效应路径中高分辨率成像的能力，并且将本发明等比例放大即可应用于实际工程。本发明所采用的激光发射装置结构简单，在发射基线扩大时无需额外光程差补偿机构，可进行全链路傅里叶望远镜成像实验验证。

本发明的技术方案是：

远程傅里叶望远镜成像演示系统，其特殊之处在于：包括依次设置的光纤激光器、光纤分束器、由多个声光调制器构成的声光调制器组件、激光发射装置、目标、接收主镜、光电探测器和计算机；所述光纤激光器、光纤分束器、声光调制器组件、激光发射装置通过光纤连接；

激光发射装置与目标之间的水平路径长度L由下述公式确定：

式中，为大气折射率结构参数，为高度h的函数；C为当地水平传输路径大气折射率常数，H为大气层距离地面的高度；

所述接收主镜用于接收目标反射的回波信号；

所述光电探测器用于将探测到的光信号转换成电信号；

所述成像演示系统还包括用于监控和提取所述目标上光斑偏移量，与所述计算机相连的CCD光斑监控相机；

所述计算机用于根据所述光斑偏移量控制所述激光发射装置的发射光束，还用于对光电探测器输出信号进行数据处理，重构复原所述目标的图像。

进一步地，上述远程傅里叶望远镜成像演示系统还包括设置在所述接收主镜后端的次级汇聚镜。

进一步地，上述激光发射装置包括T型激光发射架和激光发射阵列；所述激光发射阵列包括激光发射器一、激光发射器二、激光发射器三、激光发射器四和激光发射器五；

所述T型激光发射架由水平直线导轨和竖直直线导轨构成；