实验室环境内傅里叶望远镜技术的实现

　　1　引　言

　　深空卫星目标识别(SOI)是美国空军(US-AF)的空间监视任务,高分辨率成像对准确执行空间目标识别任务非常必要。经过对多项成像技术的层层筛选,美国军方最终选出少数几个作为将来的发展方向,傅里叶望远镜技术即是其中优点较为突出的一个[1]。

　　傅里叶望远镜采用3束光照射待观测的卫星,3束光中每束光与其它2光束有一个已知的频移。在地面上的3束光中,有2束光分开的物理距离是固定 的,而第3束光与其它2束光分开的距离是可变的。理想情况下,每对光束在目标上形成已知空间频率的一个干涉条纹图形,用尽可能大面积的探测器收集目标的散 射光。傅里叶望远镜的优点之一就是利用相位闭合消除大气扰动对像质的影响,通过改变3个1组的发射器的不同位置实现大量傅里叶分量的采样。通过改变所有可 能的3个1组的发射器配置使采样空间频率充满傅里叶空间,相应数据就是物体图像的傅里叶变换,利用相位闭合重构算法就能重构出目标图像。

　　目前,对于傅里叶望远镜技术的实现只限于实验室和外场验证阶段,美国对此只进行过少量报道[2-4]。为了验证傅里叶望远镜成像原理的正确性,在结合已有的实验方案基础上,本文提出更为简单的方案来证明傅里叶望远镜技术在实验室条件下是可行的。

　　2　实　验

　　图1给出傅里叶望远镜成像概念图[5]。图2给出实验方案示意图。实验采用相干长度较长的线偏振单模He-Ne激光器作为光源。6个偏振分光棱 镜分别起到分束和合束的作用。在光路中加入3个半波片和1个偏振片,使3路光通过偏振片后最终的光强近似相等。声光移频器使激光产生布拉格衍射,取一级衍 射光。这时3路光的频率产生微小频差,从而产生3组叠加的移动干涉条纹,实现条纹对目标的扫描。衍射光经过空间滤波器和扩束透镜后变为近似平面波,然后再 经棱镜合成一束照射在透射物体上。透射物体为用硫酸纸打印的3 mm卫星图片(图3所示),因硫酸纸有漫反射作用,故3束光通过物体后向很宽的空间范围散开,只有部分散射光射入光电倍增管。光电倍增管接收经透射物体漫 射后的受时间调制的能量。实验选择测量信噪比为100。

　　CCD探测面用于标定扫描条纹的粗细和取向(对应获取目标的空间频率)。3路光经过分光棱镜后,一部分射向光电倍增管方向,另一部分射向CCD 方向。在CCD前放置焦距为1 m的会聚透镜,把3束平行光会聚成CCD靶面上的3个衍射斑。通过计算机软件编程,可以在CCD显示区域绘制出方形点阵,对应所要获取的目标的空间频率。 点阵中相邻两点的距离由公式计算得出。其中d是相邻格点对应的CCD像素个数,p为像元大小,λ为激光波长,f为透镜焦距。实验所用参数为:p=9μm,λ=632.8 nm,f=1 m。