[发明专利]傅立叶望远镜室内成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及实现傅立叶望远镜技术的光学成像装置，特别是一种利用低成本通用元器件构造傅立叶望远镜的室内成像系统。

背景技术

傅立叶望远镜是激光主动成像、光学合成孔径的高分辨率成像探测技术，通过多光束照明、单孔径接收方式，利用频率调制与相位闭合实现干涉成像。傅立叶望远镜能够通过大气湍流对目标高分辨率成像，而且无需自适应光学进行补偿，具有探测深空目标的突出优势，目前主要用于地球同步轨道目标高分辨率成像探测，此外还可用于长基线干涉测量、γ射线探测、光谱测量、遥感等诸多领域。

傅立叶望远镜成像系统主要由发射器和接收器构成，基本工作原理是：发射器同时发射三束或者多束激光照射目标，在目标表面形成干涉条纹。通过在光束之间引入频移，使得干涉条纹产生移动并扫过目标表面，从而对目标散射的回波信号进行时间调制。回波信号中包含了目标的傅立叶分量信息，相应的傅立叶分量由发射光束的间距和方向决定。利用大面积非共相接收器接收经过调制的回波信号能量，并通过解调可以得到相应的目标傅立叶分量。配置不同的发射光束间距和方向可以测量不同的傅立叶分量，测量足够的傅立叶分量之后，利用相位闭合与波前重构消除主要的随机相位误差，并经过傅立叶逆变换就可以得到目标图像。

傅立叶望远镜成像技术主要具有以下优点：首先，利用三束或多束激光同时照射目标，可以通过相位闭合消除上行光路中大气湍流引起的主要相位误差，因而无需利用自适应光学进行补偿。其次，通过引入发射光束之间的频移对回波信号进行时间调制，将空域信息在时域编码，可以延长发射激光脉冲的时间间隔，从而降低对发射激光器的功率要求。第三，由于回波信号经过时间调制，接收器只需接收回波的能量，降低了对接收器的要求，可以利用较低质量的大面积非共相光学系统，而且成像基本不受下行光路中大气湍流的影响。最后，傅立叶望远镜成像系统易于扩展，增加激光器功率可以对更暗的目标成像，增加更多发射孔径可以提高成像的分辨率，增加接收器面积可以提高成像的信噪比。

实现地球同步轨道目标成像的傅立叶望远镜系统典型配置采用：70m×100m的T型发射基线，49个40cm口径的发射望远镜，激光器脉冲能量120J、相干长度30m，40个接收面积100m²的定日镜，40个光电倍增管探测器。由于体积庞大、结构复杂、成本高昂等因素的制约，构造傅立叶望远镜系统目前还存在很大难度和不确定因素。

发明内容

本发明的目的是提出傅立叶望远镜室内成像系统，以克服上述现有技术存在的体积庞大、结构复杂、成本高昂等缺点。

本发明傅立叶望远镜室内成像系统，包括激光器，半波片，第一、第二、第三、第四、第五分束器，第一、第二、第三声光移频器，第一、第二、第三准直扩束器，第一、第二、第三反射镜，透射式目标和散射体，汇聚透镜，光电倍增管探测器，CCD相机和计算机；

在所述激光器输出光束的光轴上沿光传输方向依次设置所述的半波片、第一分束器、第一声光移频器、第一准直扩束器和第二反射镜；

在第一分束器的反射光路光轴上沿光传输方向依次设置所述的第二分束器和第一反射镜；

在第二反射镜的反射光路光轴上沿光传输方向依次设置所述的第三分束器、第四分束器、第五分束器和第三反射镜；

所述第二分束器的反射光轴与第三分束器的入射光轴同轴，在第二分束器和第三分束器间沿光传输方向依次设置所述的第二光移频器、第二准直扩束器；

所述第一反射镜的反射光轴与第四分束器的入射光轴同轴，在第一反射镜和第四分束器间沿光传输方向依次设置所述的第三光移频器、第三准直扩束器；

在所述第五分束器的反射光轴上沿光传输方向依次设置所述的透射式目标和散射体、光电倍增管探测器；

在所述第三反射镜的反射光轴上沿光传输方向依次设置所述的汇聚透镜、CCD相机，CCD相机的靶面处在汇聚透镜的焦面上；

所述光电倍增管探测器通过AD采集卡与所述的计算机相连接；

所述CCD相机通过图像采集卡与所述的计算机相连接。

本发明系统的主要工作过程如下：

(1)激光器的输出光束经过半波片调整偏振方向；

(2)调整后的光束经过第一分束器、第二分束器、第一反射镜后分为光强近似相等的三束；

(3)分光后的三光束分别经过第一声光移频器、第二声光移频器、第三声光移频器产生不同的频移，使三光束的差频分别为基频的某整数倍；