[发明专利]激光相干合成相位误差补偿装置及方法

权利要求书

1.一种激光相干合成相位误差补偿装置，其特征在于：包括阵列信号光生成单元，用以产生包括多个通道信号的阵列信号光，其包括相位调制器用于调整阵列信号光中各通道信号的相位；干涉条纹生成单元，包括配置为提供与所述阵列信号光相同性质的参考光的参考光生成组件；配置为使得所述参考光与阵列信号光发生干涉产生各通道信号的干涉条纹的干涉组件；以及配置为在其像面采集包括所述各通道信号的干涉条纹的图像帧的图像采集组件；相位误差推算单元，用于推算所述阵列信号光的每个通道信号的相位误差；以及，多通道相位同步控制单元，用以根据所述推算出的相位误差对所述相位调制器的实时调整；所述相位误差推算单元包括处理器和存储器，所述处理器被配置为执行所述存储器中存储的相位误差推算程序，运行所述相位误差推算程序执行以下处理：接收所述图像数据帧；识别所述图像数据帧中的多个每个干涉通道对应的干涉条纹所在的分区的像素位置以及所述干涉条纹中的每个像素的光强值以形成每个干涉通道的初始干涉条纹信号；该初始干涉条纹信号以第一表达式表达：对所述初始干涉条纹信号进行预处理得到经预处理的干涉条纹信号，经预处理的干涉条纹信号以第二表达式表达的干涉条纹信号中不同像素位置处的光强，其中所述第二表达式与所述经预处理的干涉条纹信号条纹干涉通道经过预处理后得到的像素数量相关联：将所述经预处理的干涉条纹信号与数据库中预存的以第二表达式表达的该干涉通道的多个波形数据进行模式匹配得到该干涉通道的所述推算出相位误差，该干涉通道的所述推算出相位误差与其对应的阵列信号光的通道信号的相位误差一致。

2.根据权利要求1所述的激光相干合成相位误差补偿装置，其特征在于：将所述经预处理的干涉条纹信号与数据库中预存的该干涉通道的波形数据进行模式匹配得到所述推算出的相位误差的步骤包括：将经过预处理后的干涉波形依次与数据库里所存不同相位模式下的干涉波形进行对位像素误差值求取，通过快速求得所有相位模式下最小的均方误差值所对应的相位模式，将其认定为环境扰动引起的相位变化值。

3.根据权利要求1所述的激光相干合成相位误差补偿装置，其特征在于：所述预存的干涉波形通过所述第二表达式步进推导出。

4.根据权利要求1所述的激光相干合成相位误差补偿装置，其特征在于：所述第一表达式为其中，I₁为信号光的光强、I₂为参考光的光强，λ为激光器的波长，a为像素尺寸间距，k为像素位置，N为数据库相位模式数量，为环境变化引起相位值，ω₀为信号光束腰半径，I_noise为光源纹波和寄生干涉引起的光强噪声；所述第二表达式为其中，xx为一个基准条纹周期所占用像素数量，k'为预处理后干涉条纹的像素位置，i为步长值，N为数据库相位模式数量；一个基准条纹周期为经过预处理后的基准干涉条纹波形的周期，其包含的数量即波形的峰-峰或者谷-谷之间的像素数量。

5.根据权利要求1所述的激光相干合成相位误差补偿装置，其特征在于：所述的阵列信号光生成单元在包括激光器、1×2光纤耦合器、1×N光纤耦合器、相位调制器阵列、光纤阵列以及微透镜阵列；其中激光器发出的激光通过1×2光纤耦合器后一路耦合至1×N光纤耦合器，1×N光纤耦合器输出的各通道的信号经过相位调制器阵列后输出到光纤阵列出射端，并在自由空中通过微透镜阵列进行准直输出；其中，所述的干涉组件单元包括分束器，其被配置为将准直后大部分能量的激光进行透射在远场形成相干合成信号光输出，将小部分能量的阵列信号光作为检测信号光反射入缩束组件，所述缩束组件被配置为对导入的检测阵列信号光缩束，并在缩束后使其与参考光以干涉夹角干涉并在图像采集组件的像面处产生干涉条纹；其中，所述缩束组件包括4f透镜模组，将图像采集组件的像面放置在光纤阵列所对应的4f透镜模组的焦平面上。

6.根据权利要求1所述的激光相干合成相位误差补偿装置，其特征在于：所述干涉夹角为所述信号光和所述参考光在自由空间中的相对位置，所述干涉夹角可调。