实验室中傅里叶望远术频谱抽取方式

　  傅里叶望远术是20世纪90年代提出的一种激光成像技术,融合了激光干涉成像技术、星体干涉仪和长基线干涉术的众多优点[1]:采用主动照明方式能够对深空昏暗的目标成像;利用合成孔径原理可以让系统角分辨率达到nrad量级;使用相位闭合技术来消除激光束受到的相位畸变;对接收器的要求非常低。傅里叶望远术非常适合对深空目标的识别和微小目标的成像,近年来受到了越来越多的关注。其中美国的Trex公司做了一些验证性实验[2-5],并建造了一套对同步卫星成像的场外实验装置———GLINT (Geo Light Imaging Na-tional Testbed)[6],还提出了对低轨道高速卫星成像的计划———SAINT(Satellite Active Imaging NationalTestbed)[7]。国内对傅里叶望远术的研究起步于21世纪初,至今为止只是有少数几家科研单位进行过理论的研究和初步的实验探索,相关报道很少[8-11]。傅里叶望远术主要受限于现阶段激光器的发展,目前只是停留在实验验证阶段,实用化还需要很长的一段时间。傅里叶望远术主要应用直线干涉条纹抽取频谱的原理,在实际应用中是由激光发射阵列产生干涉条纹场去抽取目标频谱,而在实验室中是通过改变光束位置来获得不同频率的干涉条纹去抽取目标频谱。因此,在实验室环境下,不同的光束移动方式对应着不同的频谱抽取方式。本文详细论述了直线干涉条纹抽取目标频谱的原理,提出了一种新的光束移动方式,通过和现有的两种光束移动方式比对的结果,最终确定了实验中的光束移动方式。

   1　频谱抽取原理

　　傅里叶望远术利用直线干涉条纹扫描目标后的回波信号来提取目标空间频谱信息。图1是傅里叶望远术的原理示意图。激光发射阵列(每两个子发射器之间的差频都不同,便于形成扫描条纹和分离携带目标频谱信号)空间目标域平面上形成随时间移动的干涉条纹场。该干涉条纹场与目标相互作用后,回波信号是一个携带了目标空间频谱信息的时间调制信号。通过一个大面积的接收阵列将回波信号接收后,经过迭代算法还原目标的空间频谱信息,最后通过傅里叶逆变换重构出目标图像。

　　傅里叶望远术主要应用直线条纹具有频谱抽取的性质。当某一直线干涉条纹与目标作用后,强度回波信号在空间域上可以表示为

式中:o(x,y)是目标强度反射图样;f(x,y)是干涉条纹强度图样;η是与目标散射有关的系数。将式(1)变换到频域上表示为

式中:O(fx,fy)是目标强度反射图像的空间频谱;F(fx,fy)是干涉图样场的空间频谱。因为单一频率的理想直线干涉条纹表达式为一余弦函数,其在频域上具有δ函数的形式,即