强干扰条件下的相位差探测技术研究
发布时间：2021-01-30 09:04
主动式光电跟踪系统属于共光路成像探测,除了常规的加工装配误差、机架抖动等因素会影响系统的探测能力之外,光学系统通道内热晕和热对流的存在,光学元件镜面热变形,大气湍流等也会对系统探测光束产生强干扰,使系统包含有离焦、球差、像散、慧差等低阶大幅值像差,严重影响了系统的探测能力。基于共光路成像探测过程中这些强干扰的存在,本文以相位差波前探测技术为基础,深入研究在低阶大幅值像差干扰条件下,从优化算法方面提高系统探测能力的方法。首先,介绍了光电跟踪系统的典型结构,简单概括了影响光电跟踪系统探测能力的主要因素。构建了线性空不变非相干成像系统的成像模型,推导了相干光和非相干光成像在空域和频域的计算公式。理论推导相位差波前探测重构波前、复原目标像的基本原理,并且根据极大似然估计理论得到了简化后的目标函数公式,从而把相位差波前探测的问题转换为选择最优化算法求目标函数极值的问题。根据理论模型仿真得到了点目标和扩展目标的退化图像。然后,总结了目前常用的传统优化算法及其优缺点,针对传统算法在大幅值像差条件下存在易于陷入局部极值、收敛速度慢、收敛精度低等问题,以及课题需要满足在低阶大幅值强干扰条件下,提高系统探...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)四川省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光电跟踪系统共光路成像探测示意图
第2章光电跟踪系统与相位差波前探测理论基础11第2章光电跟踪系统与相位差波前探测理论基础2.1光电跟踪系统光电跟踪系统由光学、电学、机械等学科共同组成，其典型结构如图2.1所示[22]。激光器发出光束经过一系列反射镜、光阑、分光镜、气体、主次镜等发射出去，然后穿过大气照射到目标上，经过目标反射后的光束又原路返回被探测器接收。在此过程中影响光电跟踪系统成像质量的因素有：光源的均匀性和光束稳定性，各光学元件的加工和装配误差，反射镜、分光镜等光学元件吸热造成热变形和折射率变化，通道内气体吸收热量造成折射率变化，以及吸热气体与管壁的热交换和热对流，大气湍流等。其中通道内气体吸热、热交换、镜面热变形引入的波像差主要是大幅值的离焦、球差、慧差和少量像散[80]。图2.1白沙靶场激光测试系统，引自文献[22]Figure2.1Whitesandsmissilerangelasertestsystem
强干扰条件下的相位差探测技术研究14在频域中分析非相干成像系统模型，根据卷积定理可得：,,,ixygxyIxyAffAffHff…(2.17)其中：,,ixyiiiAffIxy…(2.18),,gxygooAffIxy…(2.19),,IxyIiiHffhxy…(2.20)式中，,IxyHff的归一化表达式为：,,=0,0IxyxyIHffffH…(2.21),xyff称为非相干成像光学系统的光学传递函数(Opticaltransferfunction，OTF)，它描述非相干成像系统在频域的效应。2.3相位差波前探测的基本原理相位差法（PhaseDiversity，PD）的概念最早是由Gonsalves等于1979年正式提出的[82]。通过采集焦面和离焦面两幅图像，根据极大似然估计定理或者最小二乘定理推导出评价函数，然后利用最优化算法求解评价函数的极值就能求解出波前相位和原始目标图像。其基本思想是利用同一目标经过不同的光学通道，即不同的光学传递函数，得到两幅存在已知波前相位差的图像，从而可以解决光学传递函数和波前相位分布之间解的不唯一性问题，重构目标像，其波前探测原理图如图2.2所示。图2.2相位差波前探测原理图Figure2.2Schematicofphasediversitywavefrontdetection
【参考文献】：
期刊论文
[1]跟踪发射望远镜空间目标成像探测性能研究[J]. 张尧楷,白鑫,龙超,胡先哲,谭碧涛. 光学与光电技术. 2018(06)
[2]内通道轴向风速对强激光相位特性的影响[J]. 胡小川,贺也洹,吴双,张彬. 红外与激光工程. 2016(08)
[3]大气湍流对空间目标偏振成像探测的影响[J]. 王国聪,王建立,张振铎,于树海,曾蔚. 光子学报. 2016(04)
[4]不同形状激光波束在大气中传输的湍流效应(英文)[J]. 廖天河,刘伟,高穹. 红外与激光工程. 2015(S1)
[5]大气湍流像差对单模光纤耦合效率的影响分析及实验研究[J]. 罗文,耿超,李新阳. 光学学报. 2014(06)
[6]光电系统对空间目标探测能力综合评估方法[J]. 谭碧涛,陈洪斌,王群书,关小伟. 强激光与粒子束. 2014(01)
[7]激光内通道传输气体热效应对光束质量的影响[J]. 吕可,郑威,华卫红. 光电工程. 2012(09)
[8]基于遗传算法的相位差法波前检测piston误差[J]. 曹芳,赵继勇,吴桢. 天文研究与技术. 2011(04)
[9]高精度相位差波前探测器的数值仿真和实验研究[J]. 李斐,饶长辉. 光学学报. 2011(08)
[10]复杂通道内激光传输的气体热效应[J]. 孙运强,习锋杰,许晓军,陆启生,刘顺发,王继红,金钢,陈洪斌. 强激光与粒子束. 2011(07)
博士论文
[1]基于相位差法的高分辨率液晶自适应光学技术研究[D]. 徐梓浩.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2018
[2]大口径多波段激光发射内通道的正压密封方法研究[D]. 陈文韬.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
[3]空间目标光电观测技术研究[D]. 李振伟.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2014
[4]相位型液晶空间光调制器特性测试方法及波前校正研究[D]. 张洪鑫.哈尔滨工业大学 2009
[5]空间目标白天光电探测技术研究[D]. 王伟国.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2005
[6]应用激光主动成像探测小暗目标的技术研究[D]. 徐效文.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2004
硕士论文
[1]激光内通道热效应研究[D]. 朱福音.中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所) 2017
[2]大口径轻质主镜热边界层分析与控制[D]. 何宴.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2014
[3]高能激光内通道传输仿真模型研究[D]. 吕可.国防科学技术大学 2012
[4]高分辨率纯相位液晶空间光调制器的研究[D]. 孙庆华.大连理工大学 2009
[5]大气传输特性对激光探测性能影响研究[D]. 马春林.西安电子科技大学 2008
[6]强光背景下小目标探测算法研究[D]. 彭罡.国防科学技术大学 2007
本文编号：3008637
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)四川省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光电跟踪系统共光路成像探测示意图
第2章光电跟踪系统与相位差波前探测理论基础11第2章光电跟踪系统与相位差波前探测理论基础2.1光电跟踪系统光电跟踪系统由光学、电学、机械等学科共同组成，其典型结构如图2.1所示[22]。激光器发出光束经过一系列反射镜、光阑、分光镜、气体、主次镜等发射出去，然后穿过大气照射到目标上，经过目标反射后的光束又原路返回被探测器接收。在此过程中影响光电跟踪系统成像质量的因素有：光源的均匀性和光束稳定性，各光学元件的加工和装配误差，反射镜、分光镜等光学元件吸热造成热变形和折射率变化，通道内气体吸收热量造成折射率变化，以及吸热气体与管壁的热交换和热对流，大气湍流等。其中通道内气体吸热、热交换、镜面热变形引入的波像差主要是大幅值的离焦、球差、慧差和少量像散[80]。图2.1白沙靶场激光测试系统，引自文献[22]Figure2.1Whitesandsmissilerangelasertestsystem
强干扰条件下的相位差探测技术研究14在频域中分析非相干成像系统模型，根据卷积定理可得：,,,ixygxyIxyAffAffHff…(2.17)其中：,,ixyiiiAffIxy…(2.18),,gxygooAffIxy…(2.19),,IxyIiiHffhxy…(2.20)式中，,IxyHff的归一化表达式为：,,=0,0IxyxyIHffffH…(2.21),xyff称为非相干成像光学系统的光学传递函数(Opticaltransferfunction，OTF)，它描述非相干成像系统在频域的效应。2.3相位差波前探测的基本原理相位差法（PhaseDiversity，PD）的概念最早是由Gonsalves等于1979年正式提出的[82]。通过采集焦面和离焦面两幅图像，根据极大似然估计定理或者最小二乘定理推导出评价函数，然后利用最优化算法求解评价函数的极值就能求解出波前相位和原始目标图像。其基本思想是利用同一目标经过不同的光学通道，即不同的光学传递函数，得到两幅存在已知波前相位差的图像，从而可以解决光学传递函数和波前相位分布之间解的不唯一性问题，重构目标像，其波前探测原理图如图2.2所示。图2.2相位差波前探测原理图Figure2.2Schematicofphasediversitywavefrontdetection
【参考文献】：
期刊论文
[1]跟踪发射望远镜空间目标成像探测性能研究[J]. 张尧楷,白鑫,龙超,胡先哲,谭碧涛. 光学与光电技术. 2018(06)
[2]内通道轴向风速对强激光相位特性的影响[J]. 胡小川,贺也洹,吴双,张彬. 红外与激光工程. 2016(08)
[3]大气湍流对空间目标偏振成像探测的影响[J]. 王国聪,王建立,张振铎,于树海,曾蔚. 光子学报. 2016(04)
[4]不同形状激光波束在大气中传输的湍流效应(英文)[J]. 廖天河,刘伟,高穹. 红外与激光工程. 2015(S1)
[5]大气湍流像差对单模光纤耦合效率的影响分析及实验研究[J]. 罗文,耿超,李新阳. 光学学报. 2014(06)
[6]光电系统对空间目标探测能力综合评估方法[J]. 谭碧涛,陈洪斌,王群书,关小伟. 强激光与粒子束. 2014(01)
[7]激光内通道传输气体热效应对光束质量的影响[J]. 吕可,郑威,华卫红. 光电工程. 2012(09)
[8]基于遗传算法的相位差法波前检测piston误差[J]. 曹芳,赵继勇,吴桢. 天文研究与技术. 2011(04)
[9]高精度相位差波前探测器的数值仿真和实验研究[J]. 李斐,饶长辉. 光学学报. 2011(08)
[10]复杂通道内激光传输的气体热效应[J]. 孙运强,习锋杰,许晓军,陆启生,刘顺发,王继红,金钢,陈洪斌. 强激光与粒子束. 2011(07)
博士论文
[1]基于相位差法的高分辨率液晶自适应光学技术研究[D]. 徐梓浩.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2018
[2]大口径多波段激光发射内通道的正压密封方法研究[D]. 陈文韬.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
[3]空间目标光电观测技术研究[D]. 李振伟.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2014
[4]相位型液晶空间光调制器特性测试方法及波前校正研究[D]. 张洪鑫.哈尔滨工业大学 2009
[5]空间目标白天光电探测技术研究[D]. 王伟国.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2005
[6]应用激光主动成像探测小暗目标的技术研究[D]. 徐效文.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2004
硕士论文
[1]激光内通道热效应研究[D]. 朱福音.中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所) 2017
[2]大口径轻质主镜热边界层分析与控制[D]. 何宴.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2014
[3]高能激光内通道传输仿真模型研究[D]. 吕可.国防科学技术大学 2012
[4]高分辨率纯相位液晶空间光调制器的研究[D]. 孙庆华.大连理工大学 2009
[5]大气传输特性对激光探测性能影响研究[D]. 马春林.西安电子科技大学 2008
[6]强光背景下小目标探测算法研究[D]. 彭罡.国防科学技术大学 2007
本文编号：3008637
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