类Golay6稀疏孔径结构

　　1　引　言

　　在衍射极限条件下,遥感器光学系统的分辨率为工作波长与入瞳口径之比,表明口径大的光学系统才会有高的空间分辨率。也就是说,为了保持足够的地面空间分辨率,需要增大光学系统的焦距和口径。近年来,美国和欧盟正在致力于更大口径的天基和地基空间探测光学系统的研究,大口径光学望远镜已成为望远镜的发展趋势。不过,受光学材料、加工、制造成本和运载能力的制约,用现有的技术还很难甚至不可能研制出满足要求的大口径光学系统,因此,探索光学遥感器的新原理、新途径,采用新材料和新技术,研制重量超轻、结构可折叠展开、造价低、便于运载的大口径空间光学遥感器十分必要。其中,稀疏孔径光学成像系统的研制尤其令人关注,该项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。稀疏孔径是将数个较小光学孔径以一定规则排列,构成一个大的光学孔径,整个系统的通光面积比单个大孔径小,但所能捕获的目标信息与单个大孔径系统相当[1-6]。稀疏孔径光学系统的子孔径结构与排列直接影响稀疏孔径光学系统在工程中实施的可能性,因此,进行稀疏孔径结构研究十分必要。Golay稀疏孔径结构是一种非冗余结构[7]。本文在研究Golay结构的基础上,提出了类Golay6新型稀疏孔径结构,详细分析了类Go-lay6结构的孔径分布和调制传递函数(MTF),并与Golay6结构进行了比较。

　　2　Golay结构阵列排列

　　稀疏孔径光学系统的光学孔径由一个个子孔径组成,其MTF由子孔径对应的子MTF组成,子MTF的大小及分布决定整个系统的MTF。子MTF在频率域内分布的位置由子孔径中心点之间的相对位置决定[8],子MTF相对位置的布不适当,稀疏孔径结构的MTF在频谱内较低频率处会出现零点。

　　阵列分布为正方形及三角形的两种MTF频谱分布如图1所示。若阵列分布为正方形网格,子MTF中心间距为a,则子MTF的半径r1必须大于,稀疏孔径的MTF才不会出现零点,如图1(a)。若阵列分布为三角形网格,子MTF中心间距仍为a,则子MTF的半径r2>时,如图1(b),MTF才不会出现零点。比较两种频谱的阵列分布,三角形网格阵列是较优越的相关阵列。

　　Golay6结构相关点阵,即子MTF中心点在频域内的分布位置如图2所示,相关点阵分布由一个个小正三角形组成六边形网格,在中心处按6个正三角形向外延伸组成1个相关点阵的分布。假设相关点阵中最小的正三角形边长为a,相关点矢径q=a时,互相关点个数为6;q= 时,对应互相关点数为6;q=2a时,对应互相关点数也是6,互相关点数之和分别为6,12,18,相关点阵中互相关点数之和为m(m-1),m对应子孔径个数。不同矢径对应互相关点数及子孔径数分布数据如表1所示。当子孔径数分别为3,4,6,7,9……时,对应的稀疏孔径为Golay3,Golay4,Golay6,Golay7,Golay9……,从表1中可以看出Golay6结构对应的矢径。