[发明专利]瞳函数合成孔径成像方法

说明书

技术领域

本发明属于光学领域，涉及一种合成孔径成像方法，尤其涉及一种瞳函数合成孔径成像方法。

背景技术

空间成像技术需要更高的分辨率和灵敏度，对同一高度的对地观测望远镜来说，分辨率增大要求孔径直径成比例增加；观测高度增加，要保持地面分辨率，孔径直径也要成比例增加；同时系统的集光能力与孔径直径的平方成正比，但增加孔径直径意味发射和加工成本的增加，经验上加工成本大约与孔径直径的立方成比例。Hubble太空天文望远镜的主镜直径为2.4米，导致仅主镜组件就重达828公斤；NASA下一代的空间望远镜预计在2010年孔径直径达到7米，角分辨率达到0.1弧秒；James Webb空间望远镜的设计孔径直径达到6.5米，发射和加工成本的可能性不可能使孔径直径一直增加下去，因此需要孔径直径小质量轻体积小的空间成像技术满足下一代空间成像的需要。合成孔径成像技术(sparse aperture imaging；synthetic aperture imaging；multiple aperture imaging等)就是一个较好的选择，合成孔径成像技术从结构形式上可以分为：子镜片合成系统和多望远镜合成系统。无论哪种结构形式，都会碰到各个子镜片或各个望远镜之间的相位同步问题，尤其对于可见光波段和天基的合成孔径成像来说，这个问题显得尤为突出，如果相位同步的精度要求为波长的十分之一，那么可见光波段就要求达到几十纳米的调整精度，这对于天基系统来说无疑是一个巨大的挑战。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种调整难度减小、成像灵活的瞳函数合成孔径成像方法。

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种瞳函数合成孔径成像方法，其特殊之处在于：所述方法包括以下步骤：

1)获取像面的复振幅分布；

2)根据像面的复振幅分布得到合成孔径成像。

上步骤1)的具体实现方式是：

1.1.1)获取瞳函数的复振幅分布；

1.1.3)进行傅里叶变换或像差补偿得到像面的复振幅分布。

上述步骤1.1.1)和1.1.3)之间还包括：

1.1.2)对步骤1.1.1)所得到的瞳函数的复振幅分布进行亚像元精度配准。

上述步骤1)的具体实现方式是：

1.2.1)获取各个子孔径所成物像的复振幅分布；

1.2.3)对步骤1.2.1)所得到的物像的复振幅分布相干叠加得到像面的复振幅分布。

上述步骤1.2.1)和1.2.3)之间还包括：

1.2.2)对步骤1.2.1)所获得的各个子孔径所成物像的复振幅分布进行像差补偿和亚像元精度配准。

上述获取瞳函数的复振幅分布或各个子孔径所成物像的复振幅分布的具体实现方式是Fienup算法、时间相移干涉方法、空间相移干涉方法或数字全息方法。

上述亚像元精度配准的实现方式是：

根据傅里叶变换的相移定理，瞳位置的配准误差为(Δxp，Δyp)，相应傅里叶变换空间的复振幅的相位改变为对这个复振幅做相应大小的相位调整，乘以因子后进行傅里叶反变换得到配准误差校正后的瞳函数的复振幅分布，上式中

所述xi，yi表示像面的坐标，λ是成像光的波长，z是成像面到光瞳的距离。

上述亚像元精度配准的实现方式是：

通过调整各个子孔径所对应傅里叶变换空间的复振幅的相位，然后进行傅里叶反变换得到各个子孔径配准后的瞳函数的复振幅分布，在多孔径的中心位置实现各个子孔径配准后的瞳函数的复振幅分布叠加。

上述像差补偿的具体实现方式是：

对一个已知特征的成像目标获得各个子孔径的成像，由各个子孔径的成像利用相位求解方法获得相应的瞳函数的复振幅分布，在进行傅里叶变换前对各个子孔径的复振幅分布依据像差模型进行像差补偿，对傅里叶变换获得的成像与理想的成像进行比较，然后由迭代算法求出各个子孔径的像差。

上述步骤2)的具体实现方式是：

对步骤1)所得到的像面的复振幅分布取模平方得到合成孔径的高分辨率成像。

本发明的优点是：