光学综合孔径直接成像系统的若干关键题目的研究

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发表于 2022-9-5 09:55:11 | 显示全部楼层 |阅读模式
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雅宝题库答案
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雅宝题库解析:
    空间分辨率是评价空间光学遥感器观测能力的重要技术指标。为了提高空间分辨率势必要增大空间光学系统的口径。但是,系统口径的增大受到材料、工艺、制造成本、重量和有效载荷舱体积等诸多因素的限制,因此,人们开始寻求新的理论和方法来解决上述题目,其中光学综合孔径成像系统是实现大口径空间光学系统的方法之一,其研究将为高分辨率光学遥感系统的实现开辟新的技术途径。    光学综合孔径系统是对多个小口径的光学元件或光学系统进行精确的排列,使通过各个子孔径的光束在焦平面上满足一定的相位条件,实现干涉成像,从而达到与其通光口径相当的大口径系统的衍射极限分辨率。它将避免大口径高精度光学元件的加工困难,是实现超大口径、甚高分辨率空间光学遥感器的有效途径和发展方向之一。通过地基、机载和星载平台,该技术被广泛研究以便应用于天文观测,遥感成像,环境、大气和海洋监测,军事侦察等领域,从而发挥巨大的经济和社会效益。    本论文主要内容为光学综合孔径直接成像,或光学稀疏孔径成像的关键技术研究,包括稀疏孔径成像理论,阵列结构设计,相位误差及其校正技术,图像复原技术等四个方面的内容。    本论文的研究工作主要包括以下几点:    1. 稀疏孔径成像理论研究。分析了光学稀疏孔径成像技术的基本理论;分别从点扩散函数和调制传递函数两个方面对成像系统进行了研究,给出了相应的函数表达式,并总结了评价稀疏孔径结构的特征指标;研究了光学稀疏孔径系统的简化模型。    2. 稀疏孔径阵列设计研究。稀疏孔径系统的调制传递函数与阵列结构密切相关。孔径结构的设计和优化是光学稀疏孔径成像系统研究的关键题目之一。在对常见稀疏孔径结构——Golay阵列,三臂阵列以及圆周阵列的研究基础上,提出了一种新型稀疏孔径结构——多圆周阵列,并以最大化实际截止频率为优化准则,利用模拟退火算法对该阵列结构进行优化。结果表明,优化所得的阵列与相同子孔径数目的圆周阵列相比,具有更高的实际截止频率,且中高频特性可以与Golay阵列相媲美。    3. 相位误差以及相位校正技术研究。详细分析了光学稀疏孔径成像系统主要存在的三种相位误差:轴向误差、倾斜误差和瞳映射误差。通过理论推导和仿真计算分析了这三种误差对系统点扩散函数、调制传递函数以及视场角的影响。对于稀疏孔径成像系统,要想获得等效于大口径系统的成像质量,相位误差必须控制在十分之一波长范围内。因此相位误差校正技术是利用光学稀疏孔径技术提高空间分辨率的关键环节。深入研究了冗余基线校正技术的基本原理。同时,对冗余基线校正技术中所需的特殊阵列进行分析。基于组合和整数规划的方法,以最大化频率覆盖面为准则,对一维线性冗余阵列进行了优化,给出了子孔径个数为4~9的一维优化冗余阵列。根据这些一维阵列,可以很容易地组合成“Y”型或“十”字型二维冗余阵列。    4. 后期图像复原技术研究。深入分析了光学稀疏孔径成像系统的噪声来源和噪声特性。研究利用维纳滤波图像复原方法提高成像质量,提出了改进型维纳滤波,利用拉格朗日算子对信噪比进行估算。仿真结果表明改进型维纳滤波具有更好的复原效果。    5. 相关验证实验。在光学稀疏孔径成像技术基本原理和简化模型的基础上,搭建了原理性实验验证装置。对不同稀疏孔径结构下的系统点扩散函数的分布形式进行了实验验证。并对冗余基线校正技术的可行性和正确性进行了验证。结果证明了相关理论分析和仿真实验的正确性。





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