[发明专利]一种基于人造信标和相位屏的大气湍流退化图像复原方法

权利要求书

1.一种基于人造信标和相位屏的大气湍流退化图像复原方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：基于感兴趣区域，在地面设置棋盘格作为信标，信标位于感兴趣区域附近，与其构成一定张角，信标由黑体和高温区域交叉构成，其中，黑体指黑色，高温区域指白色，信标上的光源和感兴趣区域的光源同时向星载传感器发出光波，将信标上的光源发出的光波的传输路径z分为n段，将路径z距离中大气湍流对光波波前相位的影响视为一个相位屏；

S2：星载传感器基于给定的n段中的某一段或多段，生成一个均值为0，方差为1的复数高斯随机数值矩阵，对复数高斯随机数值矩阵进行傅里叶变换,变换后用大气湍流的功率谱进行滤波，然后通过逆傅里叶变换得到大气湍流随机相位屏，其中，大气湍流随机相位屏即指相位屏的高频相位；

S2.1：星载传感器基于给定的n段中的某一段或多段，生成一个均值为0，方差为1的复数高斯随机数值矩阵，对复数高斯随机数值矩阵进行傅里叶变换得到a(f_x,f_y)，其中，f_x和f_y分别为x和y方向上的空间频率；

S2.2：星载传感器对a(f_x,f_y)用大气湍流的功率谱进行滤波，然后通过逆傅里叶变换得到大气湍流随机相位屏，即相位屏的高频相位，得到大气湍流随机相位屏的公式为：

其中，Δf_x＝1/L_x和Δf_y＝1/L_y分别是x和y方向上的空间频率间隔；L_x和L_y是棋盘格在x和y方向上的长度，L_x＝N_xΔx，L_y＝N_yΔy，N_x和N_y分别是x和y方向上的采样点数，Δx和Δy分别表示x和y方向上的采样点间隔，f_x＝x'Δf_x，f_y＝y'Δf_y，x'和y'分别表示a(f_x,f_y)中每一点的横纵坐标，为功率谱，功率谱密度函数为其中，f为总的空间频率，r₀是大气湍流相干长度，k＝2πf，k指的是空间波数，其中，为星载传感器的天顶角；z为大气空间中某一点的海拔高度，即指路径z，dz是光波传输的距离；为传输路径上的大气折射率结构常数，具有明显的高度特征，在垂直方向上呈Hufnagel-Vally模型，j表示虚数；

其中，h为距地面的高度值，v为地面以上5～20km处的平均风速，A是地面大气折射率结构常数典型值；

S3：星载传感器基于给定的n段中的某一段或多段，采用次谐波补偿法求得相位屏的低频相位，将低频相位和高频相位合并，构成了相位屏的总相位；

S4：星载传感器将感兴趣区域的光源发出的光波和总相位分别分为两路；

S5：星载传感器基于一路感兴趣区域的光源发出的光波和总相位，采用基尔霍夫光波传输函数，得到退化后的二维信号，再将二维信号转化为强度并进行灰度拉伸，仿真到星载传感器的感兴趣区域退化图像；

S6：星载传感器基于一路感兴趣区域的光源发出的光波和总相位实时探测出相位屏模拟的相位畸变后，转换成控制信号；

S7：星载传感器将相位畸变转换成控制信号后，产生与探测到的波前相位畸变大小相等、符号相反的波前相位校正量，并基于波前相位校正量对感兴趣区域退化图像进行实时补偿，再将补偿后的相位基于基尔霍夫光波传输函数，得到复原后的二维信号，再转化为强度并进行灰度拉伸，得到复原后的大气湍流退化图像。