被动综合孔径光子成像关键理论与实验研究

admin · 发表于 2025-3-1 10:11:31

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被动综合孔径成像技术一直是国际上的研究热点之一，目前其研究的工作波段覆盖了从微波到可见光的全部波段。通过地基、机载和星载平台，该技术被广泛应用于天文观测、遥感成像，环境、大气和海洋监测，军事侦察等领域，发挥巨大的经济和社会效益。目前国际上研究的被动综合孔径成像系统主要是采用传统的下变频成像理论和方法，即将来自各天线通道的中频放大信号经两两复互相关运算，再经离散Fourier 变换后重构出目标的图像。博士论文的主要特色是将被动微波综合孔径成像与光学综合孔径成像结合为一体，通过将电光调制技术引入到综合孔径成像系统中，利用光学信息处理技术来处理天线所接受的辐射信号，通过光学相关计算，以实现对被动综合孔径成像系统的实时成像。本论文主要内容为被动综合孔径光子成像系统的关键理论与实验研究，包括空间光互相关与相干成像理论，阵列结构进行优化设计，相位误差校正技术，光子成像二元干涉实验研究，以及被动毫米波扫描光子成像五个方面的内容。本论文的的研究工作主要包括以下几点：1. 被动综合孔径光子成像技术理论研究。主要针对被动探测的辐射信号，研究其通过电光调制在光纤中传输及应用空间光信息处理与干涉成像理论对其直接成像的理论分析，给出了一般解析表达式。通过将本文成像技术与光综合孔径成像技术进行对比研究，得到了被动综合孔径光子成像系统的等效成像模型，并利用该模型简化对被动综合孔径光子成像系统的分析。在对成像系统的性能研究中，主要利用成像系统的阵列缩比因子，深入分析了被动综合孔径光子成像系统空间分辨率的退化题目。2. 综合孔径阵列优化设计研究。研究了阵列优化技术的基础，包括uv覆盖技术，冗余基线概念，以及阵列优化题目的来源，分析了主要的优化准则，利用模拟退火算法分别对圆周分布阵列、“Y”型阵列、“T”型阵列、“十”型阵列、以及扇形区域旋转阵列进行了优化布局。运用基于实数编码的改进遗传算法对圆周阵列进行优化，并将结果与模拟退火算法结果进行了比较。3. 基线相位误差测量与校正技术研究。主要研究了四种相位校正技术：闭合相位校正、冗余基线校正、参考载波干涉校正以及基于基于光子晶体的全息相位校正。深入研究了闭合相位误差校正和冗余基线校正技术的代数结构关系，通过对孔径相空间、基线相位误差空间和闭合相位空间的分解，得到各相位空间的代数关系，并运用反投影算法，获得了闭合相位校正和冗余基线校正技术的通用求解算法。特别地，通过冗余基线校正技术的代数关系，研究了其几个重要性质，所得结论对于相位误差求解和阵列成像算法具有很强指导作用。同时，在对冗余基线代数结构研究的基础，首次对基于冗余基线校正的圆周阵列进行了优化布局，获得了8~16天线单位的优化结果。4. 被动综合孔径光子成像的二元干涉实验研究。首先利用50GHz信号源模拟波前，对电光调制器进行调制，最后在光纤进行干涉和测量，并利用FBG滤波器对系统的载波进行了抑制实验研究，获得与理论分析完全一致的良好结果。其次，运用500GHz太赫兹波接收机，对中频输出分别为10GHz和40GHz信号，进行了基于光纤传输的太赫兹波二元干涉测量实验，结果验证了被动太赫兹波综合孔径光子成像系统可行性。5. 设计并搭建被动毫米波扫描光子成像实验系统。在实验室设计并搭建了国内首个基于光纤传输的单支路被动毫米波扫描光子成像实验系统。该系统通过光纤传输被动毫米波辐射信号，并通过锁相技术进行信号检测。在研究过程中，深入分析系统的噪声来源、等效噪声温度和温度灵敏度，并通过实验最终获得了该单支路被动毫米波扫描光子成像系统的探测灵敏度和系统的等效噪声功率。

被动综合孔径光子成像关键理论与实验研究

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