光學(xué)稀疏孔徑成像系統(tǒng)的成像特性研究

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1、摘要當(dāng)前人們對望遠(yuǎn)鏡空間分辨率的要求越來越高,而光學(xué)稀疏孔徑成像系統(tǒng)是實現(xiàn)高分辨率成像的有效手段,由于其等效直徑不受單個子系統(tǒng)口徑的限制,得到更為廣泛的關(guān)注。國外早于上世紀(jì)七十年代就開始研究光學(xué)稀疏孑L徑系統(tǒng)成像的可能性及其相關(guān)技術(shù),而我國對此項技術(shù)的研究從本世紀(jì)初才剛剛起步。本論文對光學(xué)稀疏孔徑成像系統(tǒng)的成像特性進(jìn)行了研究,并給出了部分關(guān)鍵技術(shù)的分析和討論。本論文首先根據(jù)非相干光學(xué)成像理論,給出傳統(tǒng)單孔徑望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的成像理論,指出系統(tǒng)成像分辨率與其口徑成反比,從而引出稀疏孔徑成像系統(tǒng)。接著詳細(xì)討論了系統(tǒng)的成像過程和成像性能。和傳統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡相比,光學(xué)稀疏孔徑系統(tǒng)所成的像是低對比度的模糊

2、圖像。光學(xué)稀疏孔徑成像系統(tǒng)的等效直徑不受單個子系統(tǒng)口徑的限制,但系統(tǒng)成像必須滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計原則,即光束的壓縮比和子孔徑間距的壓縮比必須嚴(yán)格相等。論文給出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算。論文給出了系統(tǒng)布陣的優(yōu)化原則,分析了環(huán)型、Y型和Golay系列等典型的稀疏孔徑陣列結(jié)構(gòu),計算了這些陣列的最大最小填充因子;提出和探討了復(fù)合孔徑陣列的結(jié)構(gòu)和性能。共相技術(shù)是光學(xué)稀疏孔徑成像最為關(guān)鍵且最困難的技術(shù),本論文還對影響共相的活塞誤差、傾斜誤差和光瞳匹配誤差進(jìn)行了分析和討論,給出計算機(jī)仿真計算結(jié)果,討論了活塞誤差和傾斜誤差對系統(tǒng)成像的影響。由于系統(tǒng)成像是模糊圖像,需要進(jìn)行后繼圖像復(fù)原處理,論文討論了圖像頻域復(fù)原在

3、光學(xué)稀疏孔徑成像系統(tǒng)中的應(yīng)用。通過計算機(jī)仿真,對比分析了維納濾波和約束最小二乘方的復(fù)原性能,并使用相關(guān)系數(shù)對復(fù)原算法的性能進(jìn)行了評價。仿真結(jié)果表明,維納濾波算法在去模糊的同時對噪聲也有很好的抑制,而約束最小二乘方算法復(fù)原的圖像有更好的細(xì)節(jié)。系統(tǒng)布陣優(yōu)化、系統(tǒng)共相成像以及圖像復(fù)原算法是稀疏孔徑成像系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù),本論文的研究將對實際系統(tǒng)的分析和建造有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。.1.北京工業(yè)大學(xué)理學(xué)碩士學(xué)位論文關(guān)鍵詞:高分辨率成像:光學(xué)稀疏孔徑;布陣優(yōu)化;圖像復(fù)原:共相IlABSTRACTAtpresen0thequestforhigherspatialres。l“onbecomesmore

4、andmoreu唱ent.OpticaIsparse-ape咖reimagiIlgsystemc皿obtaInimagewitIlh訕resolution卸dbecomespopul盯inalIofwond.Becausethesystem’sequiValentdi鋤eoerisnotbelimitedbysu蚰yStem.Onabroad,tlleresearch叩t11epossibilny柚dt11ecorml砒ivetechniquesofo皿calsparse-apertureimagingsys把mhasbeenunde唱Onejn1970s。Howwe‘tlles鋤e

5、researchw罄calljedonatseVeral”arsagoattlliscentLIryillourcoIlllny.IIlt11isp印er,thepe—bnllanceofoptkalsparse·印er呲imagingsystemispresented.Also,somekeytechniquesofthesystema他∞alyzedaIlddiscussed.Inthisp印eLtheimagingprincipleofn_adibonaltelescopewi血sin91e印e咖rcisderiVed舶mtheincoherentimagingtheo阱The

6、res01utionisinVersedtothedi鋤種盯forthe伽lditionaltelescope.Thnop廿caIsparse卻emlreimaging3ystcmisdiscussed,includingtlleimagingprocessa11dperfomlaIlceofmesysIem.Theimagcs血rou曲Sparseapernlre甜emoreImdistinctttI鋤filled印ern鵬.Throughthesystem’sequ~alentdi啪etcrisnotbelimitedbysubsystem,n地config嗽tionm嚙tobe

7、y協(xié)e八11esofdesig

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