[发明专利]一种紧凑型矩形孔径排布结构及目标空间频率的采样方法

说明书

技术领域

本发明属于光电探测领域。“蛛网式”探测成像技术的孔径排布对系统工作性能具有重要影响。本发明就是针对“蛛网式”探测成像技术，提出一种孔径排布，供“蛛网式”探测成像仪器设计使用。

背景技术

针对传统望远镜尺寸大，质量重，组装运输困难的局限性，2012年洛克希德.马丁公司提出了一种基于干涉成像技术的分块式平面光电探测成像技术(SPIDER，Segmented Planar Imaging Detector for Electro-optical Reconnaissance)，该技术基于干涉成像原理，不同于传统望远镜中大而笨重的透镜，它使用数千个透镜阵列收集光，利用光子集成技术将透镜阵列和波导阵列集成在基底上，即将数千个干涉望远镜阵列微缩在一个芯片上。该技术将光学、处理系统和读出电路集中在一个芯片上，其尺寸、质量和功耗可比传统望远镜小十倍甚至百倍。

目前，根据文献可知，SPIDER成像系统结构包括干涉仪微透镜阵列，微透镜阵列支撑板，内部和外部的装校基准圆柱，硅基光子集成电路，支撑板等，其中干涉仪微透镜阵列用于收集光线，实现光波导之间干涉，为成像系统的核心部件，洛克希德马丁公司提出使用一种齿轮形的结构，排布结构图如图3所示。

该种排布方式，包括m个“齿臂”，360度均布，每个“齿臂”的孔径对排布均相同，相邻孔径的最小间距为Bmin，“齿臂”所有孔径对的基线长度为Bi＝n·Bmin，n为第i对孔径对之间的孔径个数。多臂形成的对待测物的空间采样频率覆盖(u，v)，其中，u＝Bi·cos(j·360/m)/(λz)，v＝Bi·sin(j·360/m)/(λz)，其中，j为第j个“齿臂”，λ为工作波长，z为物距。由于cos(j·360/m)/(λz)和sin(j·360/m)/(λz)为非整数，(u，v)并非在某个空间频域范围内连续整数覆盖，如图3所示。

齿轮形的排布方式，存在如下问题：

1)空间利用率低，干涉臂与干涉臂之间存在间隙，无形造成了空间浪费。空间光学遥感仪器要求体积小重量轻，特别是微纳卫星，因此，采取某种方式有效利用空间，减小空间浪费十分重要。

2)某个频段范围内空间采样频率分布不均匀，甚至会出现冗余或者缺失，对图像反演质量存在一定影响。图像质量是光学探测成像相机的重要评价指标，提升图像质量是光学探测成像仪器优化和提升的目标，因此，孔径排布原则和目标就是在有限资源条件下提升光学探测成像的图像质量。

3)系统对待测物的空间频域采样缺少的零频采样，即缺少对待测物的辐射亮度的采样，影响系统的辐射定标。

基于以上原因，本发明提出了一种矩形的透镜排布方式，解决如上问题。

发明内容

2012年洛克希德.马丁公司提出了一种基于干涉成像技术的分块式平面光电探测成像技术(SPIDER，Segmented Planar Imaging Detector for Electro-optical Reconnaissance)。该光电探测系统的工作原理是基于Van Cittert-Zernike定理，利用集成光学的数千个透镜和正交耦合器进行不同空间频率的复相干系数的探测，进而通过傅里叶逆变换得到目标的成像图像。不同透镜对之间间距(Δx，Δy)，则空间采样频率即系统的透镜对的工作基线长度决定目标空间频率，系统孔径排布情况决定了对目标空间频率的采样情况，进而影响傅里叶逆变换中目标的成像质量。

本发明采用紧凑型矩形孔径排布方式，将矩形孔径分成的4个方阵，各自方阵中孔径进行中心对称配对，从而实现在某个连续空间频率范围内空间频率覆盖采样，经傅里叶逆变换得到目标图像。

孔径排布方式如下：

将(2N+1)×(2N+1)个透镜以透镜方阵紧密排列，其中，N为非零正整数，如图1所示，并以中心透镜为原点，以平行阵列的行列方向为坐标轴，建立坐标系xoy，任意相邻透镜之间沿坐标轴方向的间隔为B_min。将方阵分为大小为(N+1)×(N+1)、(N+1)×N、N×(N+1)、N×N四个子方阵，记为阵列象限Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。将四个阵列象限中的透镜以该象限的几何中心为对称中心进行孔径配对，每对透镜组成一条基线，该基线沿坐标轴方向的基线长度为Δx＝i·Bmin，Δy＝j·Bmin。根据配对情况可知四个象限中任意基线矢量长度均不同，则对目标空间频率的采样均不同。如图1所示。

1.N为奇数

1)i为奇数

(1)j为奇数时，孔径对透镜L1和透镜L2位于第二象限，其坐标分别为