傅里叶望远镜外场实验与结果分析

　　0　引言

　　傅里叶望远镜成像技术具有主动成像、合成孔径、相位闭合等优势可以对暗弱、微小目标成像，并且能够克服低阶大气扰动的影响，是未来优异的高分辨率成像技术之一[1-2].国际上对傅里叶望远镜的实验研究的直接推动力来源于美国的GLINT(GEO　Light　Imaging　National　Testbed)[3-4]和SAINT(Satellite　Active　imaging　Natinal　Testbed)计划[5-6]，他们对傅里叶望远镜的室内和外场成像特性开展了初步研究并获得一定的成果[7-8].然而他们对外场实验的研究也只是局部的，有一些外场特性比如振动对成像的影响等没有涉及.在国内只有少数的室内实验报道[9-10]，没有对外场环境特性对成像结果影响的实验报道.本文主要介绍傅里叶望远镜外场成像系统的构成、成像过程，研究振动对成像结果的影响并验证傅里叶望远镜能克服下行链路大气扰动的特点.

　　1　原理概述

　　傅里叶望远镜利用三束频率稍有差别相干激光同时照射远距离目标，在目标表面形成不同间距和方向的移动条纹.经目标漫反射的光信号包含了与目标本身光强反射率的傅里叶变换成正比的信息.由大面积能量接收器获得的光信号经过时间解调算法可以获得与任意两束发射光束空间频率对应的目标傅里叶分量信息.三束发射光对应了三组不同空间频率的目标傅里叶分量信息，利用相位闭合技术可以去掉发射光路本身和低阶大气扰动诱发的光束相位变化，从而可以很大程度上克服大气对成像的影响.相位闭合后产生的数据通过图像重构算法可以重构出目标图像.具体成像原理的数学描述在原理分析文章中已有详述[1-2].傅里叶望远镜的优点之一就是成像分辨率由发射光束的基线长度决定，只要增加基线长度就可以提高分辨率.其次成像信噪比的大小取决于接收光学面积，只要增加光学接收面积，不要求共相，就可以提高信噪比.

　　2　系统构成

　　傅里叶望远镜外场成像系统的发射光学部分和室内实验[10]基本相同，只是将光源换成大功率长相干绿光激光器.外场成像系统的接收光学部分不是直接接收目标散射光，而是散射光经过一段大气传输后被主镜会聚，进而被次镜会聚和会聚透镜组会聚最后进入光电倍增管.这种接收方式是为了仿真真实系统的光学接收性能同时验证傅里叶望远镜克服下行链路中大气扰动的能力.

　　发射和接收光学系统的原理如图1和图2，实物如图3～6.发射光学系统中激光器选择波长532nm，输出光功率300mW，相干长度>10m的单纵模固体激光器.目标由胶片打印图片加漫散射体构成.接收光学系统由主镜、次镜和会聚透镜组构成.主镜由61块六边形子镜构成，拼接后的主镜有效尺寸约为5m×5m.子镜对角线口径为700mm，曲率半径为100m，反射率大于80%.次镜有效口径约为600mm，曲率半径为3m，反射率大于80%.会聚透镜组由3块双凸透镜组成，有效口径约为150mm.