傅里叶望远镜成像原理对比验证

    0 引 言

    深空目标的高分辨率成像探测对空间目标的监视和识别有着重要意义，由于目标距离远、能量低、以及大气湍流的影响， 传统地基望远镜成像分辨率受到了严重的制约， 可以应用自适应光学技术对大气湍流的影响进行补偿， 但会显著增加系统成本和复杂度。近年来，利用相干激光成像技术探测空间目标引被广泛重视并得到了深入研究， 相干激光成像技术对目标进行激光照明， 通过接收目标散射的回波信号重构目标图像， 能够显著增加探测暗弱目标的信号强度和信噪比， 无需自适应光学即可实现对深空目标的高分辨率成像^[1-5]。

    傅里叶望远镜成像技术是众多相干激光主动成像技术中优点显著的一种^[6-8]。 首先 ， 利用三束或者多束激光同时照射目标， 可以通过相位闭合消除大气湍流引起的主要相位误差。 第二 ，通过延长发射激光脉冲的时间间隔， 可以降低对发射器激光功率的要求。 第三 ，由于接收的是经过时间调制后的散斑回波能量，降低了对接收器性能的较高要求，可应用大面积非共相的光学系统进行回波能量的接收。 最后 ，傅里叶望远镜成像系统的可扩展性强， 增加发射器的激光功率即可对更暗弱的目标进行成像探测，而增加发射器数量即可提高系统的成像分辨率， 增大接收器的接收面积即可提高系统的信噪比。 基于傅里叶望远镜对深空目标高分辨率成像的突出优势，使其成为目前对远距离、 暗弱目标进行高分辨率成像的首选技术。

    1 成像原理

    傅里叶望远镜综合了激光主动成像和光学合成孔径技术的优点进行高分辨率成像探测， 其基本工作原理如图1 所示 。 首先 ，发射器同时发射三束或者多束激光对远距离目标进行照射，在远场目标表面形成非相干叠加的干涉条纹； 在激光光束之间引入不同比例的拍频，使干涉条纹在目标表面产生移动，从而对包含目标傅里叶分量信息的回波信号进行时间调制。 傅里叶分量由发射基线的配置间距和方向确定，应用大面积非共相接收器接收目标散射的回波能量信号， 解调后即可得到目标相应的傅里叶分量。通过发射基线的不同配置即可测量到目标不同的傅里叶分量。最后，利用相位闭合与波前重构消除大气湍流引起的随机相位误差，再经过傅里叶逆变换后就可以重构出目标图像^[9]。

    首先考虑两束经过频移的激光在目标表面形成单一干涉条纹的情况。 假设傅里叶望远镜与被测目标在成像过程中保持相对静止， 被目标散射的回波能量信号经过解调后得到的测量值m(k)与被测目标的傅里叶分量O(k)成正比^[10]。