抑制大气湍流效应的复合散斑场相干成像方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及抑制大气湍流效应的复合散斑场相干成像方法及装置，目的是解决现有技术中存在的散斑回波信息不随时间变化导致不能动态地传输目标空间谱信息、分束后的激光频率漂移且矫正效果不足以及不能获得目标的深度信息的问题。本发明专利技术提供了一种抑制大气湍流效应的复合散斑场相干二维成像方法，还提供了一种抑制大气湍流效应的复合散斑场相干三维成像方法，基于上述的两种成像方法，本发明专利技术还提供了一种抑制大气湍流效应的复合散斑场相干成像装置。本发明专利技术采用同源激光束组剪切和声光移频调制相结合的方式照明目标,使其表面形成有一定剪切量且随时间变化的相干复合散斑场，该发射方式提升了目标回波信号的远程传输效率。

【技术实现步骤摘要】
抑制大气湍流效应的复合散斑场相干成像方法及装置
本专利技术涉及抑制大气湍流效应的复合散斑场相干成像方法及装置。
技术介绍
现有抑制大气湍流效应的复合散斑场相干成像，多采用的是对散斑场空间信息进行采集和对干涉信息进行图像处理，没有加入时间域的调制，散斑回波信息不随时间变化，较动态的散斑回波来说，对远程成像条件要求较为苛刻，不能动态地传输目标空间谱信息。对于多光束发射系统中的频率漂移现象，往往采用的激光稳频技术，是针对分束前光源的频率稳定校正，而对于分束后的光束所受干扰后产生的独立随机频率漂移，校正效果不足，影响着远程信号的干涉和目标频谱的传输。而且现有技术没有加入双波长或者多波长多次发射装置，不能获得目标的深度信息。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术中存在的散斑回波信息不随时间变化导致不能动态地传输目标空间谱信息、分束后的激光频率漂移且矫正效果不足以及不能获得目标的深度信息的问题，而提供了抑制大气湍流效应的复合散斑场相干成像方法及装置。本专利技术所采用的技术方案是，抑制大气湍流效应的复合散斑场相干成像方法，其特殊之处在于，具体按照以下步骤实施：步骤1)产生设定波长的激光，并分成同源三光束；步骤2)利用频移器，使同源三光束两两间产生微小频差，且同源三光束两两间频差不相同；步骤3)使同源三光束在发射平面呈L型布局，其中O光为参考光，X光为水平方向剪切光，Y光为竖直方向剪切光，X光与O光的距离为横向剪切量Sx，Y光与O光的距离为纵向剪切量Sy；横向剪切量Sx和纵向剪切量Sy与探测器阵列中探测器的间距对应；步骤4)同源三光束准直后输出至目标；步骤5)由目标返回时空间上相互干涉的复合散斑场回波数据，被N*N探测器阵列接收，其中N≥4；步骤6)N*N探测器阵列中相邻较近的探测器迭代出目标低频信号，相距较远的探测器迭代出目标高频信号，计算出低频信号和高频信号的相位差或相位梯度，利用波前重建算法整合出波前，对波前进行迭代运算得到目标的空间谱，再经过傅里叶逆变换，即可产生一幅目标空间分布强度图像。进一步地，所述步骤3)中的横向剪切量Sx和纵向剪切量Sy剪切量相等；所述步骤5)中N*N探测器阵列包括多个探测器，每个探测器包括菲涅尔镜和设置在菲涅尔镜下方的雪崩二极管。进一步地，所述步骤5)中雪崩二极管为InGaAs-APD，其相应中心波长为1064nm；所述步骤1)中的激光为1064nm波长的单模保偏激光，同源三光束为声光移频后的一级布拉格衍射光束；所述步骤2)中的所述频移器为声光频移器。本专利技术还提供了另一种抑制大气湍流效应的复合散斑场相干成像方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：步骤1)依次产生至少两组不同设定波长的激光，并将每组激光分成同源三光束；步骤2)利用频移器，使每一组的同源三光束两两间产生微小频差，且同源三光束两两间频差不相同；步骤3)使同源三光束在发射平面呈L型布局，其中O光为参考光，X光为水平方向剪切光，Y光为竖直方向剪切光，X光与O光的距离为横向剪切量Sx，Y光与O光的距离为纵向剪切量Sy；横向剪切量Sx和纵向剪切量Sy与探测器阵列中探测器的间距对应；步骤4)每组同源三光束准直后分别输出至位于p1处以及移动至p2处的目标；步骤5)由目标返回时空间上相互干涉的复合散斑场回波数据，被N*N探测器阵列接收，其中N≥4；步骤6)N*N探测器阵列中相邻较近的探测器迭代出目标低频信号，相距较远的探测器迭代出目标高频信号，计算出低频信号和高频信号的相位，利用波前重建算法整合出波前相位差或相位梯度，产生对返回光波前的一个估计，对波前进行傅里叶变换，即可产生一幅目标快照图像；再计算不同组波长间的波前相位差，得到目标的深度信息，由目标快照图像和深度信息，重构三维图像。进一步地，所述步骤6)中傅里叶变换后的波前相位差或相位梯度再计算平方模量。进一步地，所述步骤1)中不同设定波长的激光为两组；横向剪切量Sx和纵向剪切量Sy剪切量相等；所述步骤5)中N*N探测器阵列包括多个探测器，每个探测器包括菲涅尔镜和设置在菲涅尔镜下方的雪崩二极管。进一步地，所述步骤5)中雪崩二极管为InGaAs-APD，其中心波长为1064nm；所述步骤1)中激光为1064nm波长的单模保偏激光。进一步地，所述步骤1)中同源三光束为一级布拉格衍射光束；所述步骤2)中的频移器为声光移频。基于上述的两种成像方法，本专利技术还提供了抑制大气湍流效应的复合散斑场相干成像装置，其特殊之处在于，包括激光发射系统、信号回收系统和计算机；所述激光发射系统发出的激光经目标反射后，由信号回收系统接收，再由计算机进行存储及处理；所述激光发射系统包括调制器、激光源、分束器、频移器、准直器以及L型剪切台；所述调制器将激光源发出的激光调制成两个或者多个波长的激光；所述激光源发射激光；所述分束器、频移器、准直器以及L型剪切台沿激光发射方向依次设置；所述分束器、频移器、准直器均位于密封壳体内，L型剪切台设置于密封壳体一端；所述L型剪切台用于固定三个同源光束的剪切量；所述信号回收系统为多个探测器组成的N*N探测器阵列，其中N≥4。进一步地，所述探测器包括菲涅尔镜和设置在菲涅尔镜下方的雪崩二极管；所述雪崩二极管与计算机电连接；所述频移器和准直器之间的光路上还设置有光纤安装台。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术采用同源激光束组剪切和声光移频调制相结合的方式照明目标,使其表面形成有一定剪切量且随时间变化的相干复合散斑场，该发射方式将传统空间域的散斑干涉转换为时间域相干的散斑干涉,提升了目标回波信号的远程传输效率。采取激光主动照明成像方式，可全天时对目标进行探测，实时获取目标的二维和深度信息，还可完成对运动目标的信息采集与图像重构。2、本专利技术突破传统成像概念，采用分布式的能量探测器阵列构成超大等效口径，突破传统望远镜口径对成像分辨率的限制，透过大气湍流对远距离暗弱目标高分辨率成像，无需大口径光学成像透镜便可获得对远程暗小目标的高分辨率图像,采用区域拍频叠加技术有效抑制了多光束组中各光束分路由于各种因素引起的随机漂移，使得多光束相干场更有效的提取和传输远程目标空间谱信息。3、本专利技术采用多波长照射目标，得到不同波长下的目标回波波前信息，对信息进行差分处理，可在获取目标二维图像的同时，得到物体的三维深度信息。4、本专利技术实现了在模拟中等湍流下的高分辨率成像。验证了复合散斑场在湍流环境下的成像能力，为后期的地基大型望远成像系统实现奠定了技术基础。5、本专利技术在接收端无需高成本的光学系统，使用低成本的工业用菲涅尔镜进行回波散射信号接收，对光学系统面型要求较低。使用菲涅尔镜在保证信号接收的同时，更是大大的降低了复合散斑场望远成像中主镜的成本，有利于工程化。附图说明图1是本专利技术抑制大气湍本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.抑制大气湍流效应的复合散斑场相干成像方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：/n步骤1)产生设定波长的激光，并分成同源三光束；/n步骤2)利用频移器，使同源三光束两两间产生频差，且同源三光束两两间频差不相同；/n步骤3)使同源三光束在发射平面呈L型布局，其中O光为参考光，X光为水平方向剪切光，Y光为竖直方向剪切光，X光与O光的距离为横向剪切量S

【技术特征摘要】
1.抑制大气湍流效应的复合散斑场相干成像方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1)产生设定波长的激光，并分成同源三光束；
步骤2)利用频移器，使同源三光束两两间产生频差，且同源三光束两两间频差不相同；
步骤3)使同源三光束在发射平面呈L型布局，其中O光为参考光，X光为水平方向剪切光，Y光为竖直方向剪切光，X光与O光的距离为横向剪切量Sx，Y光与O光的距离为纵向剪切量Sy；横向剪切量Sx和纵向剪切量Sy与探测器阵列中探测器的间距对应；
步骤4)同源三光束准直后输出至目标；
步骤5)由目标返回时空间上相互干涉的复合散斑场回波数据，被N*N探测器阵列接收，其中N≥4；
步骤6)N*N探测器阵列中相邻较近的探测器迭代出目标低频信号，相距较远的探测器迭代出目标高频信号，计算出低频信号和高频信号的相位差或相位梯度，利用波前重建算法整合出波前，对波前进行迭代运算得到目标的空间谱，再经过傅里叶逆变换，即可产生一幅目标空间分布强度图像。


2.根据权利要求1所述的抑制大气湍流效应的复合散斑场相干成像方法，其特征在于：
所述步骤3)中的横向剪切量Sx和纵向剪切量Sy剪切量相等；
所述步骤5)中N*N探测器阵列包括多个探测器，每个探测器包括菲涅尔镜和设置在菲涅尔镜下方的雪崩二极管。


3.根据权利要求2所述的抑制大气湍流效应的复合散斑场相干成像方法，其特征在于：
所述步骤5)中雪崩二极管为InGaAs-APD，其相应中心波长为1064nm；
所述步骤1)中的激光为1064nm波长的单模保偏激光，同源三光束为声光移频后的一级布拉格衍射光束；
所述步骤2)中的频移器为声光频移器。


4.抑制大气湍流效应的复合散斑场相干成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)依次产生至少两组不同设定波长的激光，并将每组激光分成同源三光束；
步骤2)利用频移器，使每一组的同源三光束两两间产生频差，且同源三光束两两间频差不相同；
步骤3)使同源三光束在发射平面呈L型布局，其中O光为参考光，X光为水平方向剪切光，Y光为竖直方向剪切光，X光与O光的距离为横向剪切量Sx，Y光与O光的距离为纵向剪切量Sy；横向剪切量Sx和纵向剪切量Sy与探测器阵列中探测器的间距对应；
步骤4)每组同源三光束准直后分别输出至位于p1处以及移动至p2处的目标；
步骤5)由目标返回时空间上相互干涉的复合散斑场回波数据，被N*N探测器阵列接收，其中N≥4；
步骤6)N*N探测器阵列中相邻较近的探测器迭代出目标低频信号，相距较远的探测器迭代出目标高频信号，计算出低频信号和高频信号的相位...

【专利技术属性】
技术研发人员：张羽，刘辉，李长春，陈明徕，罗秀娟，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，中国人民解放军九一二四五部队，
类型：发明
国别省市：陕西;61