光学稀疏孔径成像系统的成像特性研究

摘要

当前人们对望远镜空间分辨率的要求越来越高，而光学稀疏孔径成像系统是实现高分辨率成像的有效手段，由于其等效直径不受单个子系统口径的限制，得到更为广泛的关注。国外早于上世纪七十年代就开始研究光学稀疏孔径系统成像的可能性及其相关技术，而我国对此项技术的研究从本世纪初才刚刚起步。本论文对光学稀疏孔径成像系统的成像特性进行了研究，并给出了部分关键技术的分析和讨论。 本论文首先根据非相干光学成像理论，给出传统单孔径望远镜系统的成像理论，指出系统成像分辨率与其口径成反比，从而引出稀疏孔径成像系统。接着详细讨论了系统的成像过程和成像性能。和传统望远镜相比，光学稀疏孔径系统所成的像是低对比度的模糊图像。光学稀疏孔径成像系统的等效直径不受单个子系统口径的限制，但系统成像必须满足结构设计原则，即光束的压缩比和子孔径间距的压缩比必须严格相等。论文给出系统结构参数的计算。 论文给出了系统布阵的优化原则，分析了环型、Y型和Golay系列等典型的稀疏孔径阵列结构，计算了这些阵列的最大最小填充因子；提出和探讨了复合孔径阵列的结构和性能。 共相技术是光学稀疏孔径成像最为关键且最困难的技术，本论文还对影响共相的活塞误差、倾斜误差和光瞳匹配误差进行了分析和讨论，给出计算机仿真计算结果，讨论了活塞误差和倾斜误差对系统成像的影响。 由于系统成像是模糊图像，需要进行后继图像复原处理，论文讨论了图像频域复原在光学稀疏孔径成像系统中的应用。通过计算机仿真，对比分析了维纳滤波和约束最小二乘方的复原性能，并使用相关系数对复原算法的性能进行了评价。仿真结果表明，维纳滤波算法在去模糊的同时对噪声也有很好的抑制，而约束最小二乘方算法复原的图像有更好的细节。 系统布阵优化、系统共相成像以及图像复原算法是稀疏孔径成像系统的关键技术，本论文的研究将对实际系统的分析和建造有一定的指导和借鉴意义。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章绪论

第二章光学稀疏孔径成像的基本理论

第三章布阵优化探讨

第四章系统共相误差分析

第五章图像复原和评价

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢