Способ формирования изображения удаленного малоразмерного объекта Советский патент 1992 года по МПК G01S17/00 G02B27/00 

Изобретение относится к лазерной локации, а именно к синтезу апертуры в оптике с помощью активной интерферометрии.

Известен способ синтеза малоразмерных удаленных объектов в некогерентном свете с помощью звездного интерферометра Майкельсона, состоящий в изменении расстояния между осями принимаемых от объекта оптических пучков, изменении азимутального угла положения осей относительно начала координат, изменении

фазовых задержек между пучками регистрации распределения интенсивности, определении амплитуды и фазы комплексного Фурье-спектра, синтезе изображения объекта.

Недостатками известного способа являются низкий энергетический потенциал и низкая помехозащищенность, так как предполагается прием излучения в достаточно широком спектральном диапазоне при малоэффективной спектральной селекции шума, использование традиционных телескопов с ограниченным световым диаметром и чувствительностью к разъюстировке плеч интерферометра из-за крайне низкой длины когерентности принимаемого излучения.

Ближайшим к изобретению является способ синтеза малоразмерных удаленных объектов в когерентном свете, состоящий в подсвете объекта парами когерентных световых пучков с различными длинами волн, изменении расстояния между энергетическими осями пучков, изменении азимутального угла положения энергетических осей относительно начала координат, изменении фазовых задержек между пучками, регистрации интегральной интенсивности отраженного от объекта излучения, определении амплитуды и фазы комплексного Фурье- спектра изображения объекта, синтезе изображений путем регистрации квадрата и модуля Фурье-образа комплексного Фурье- спектра.

Недостатком известного способа является невысокий энергетический потенциал за счет подсвета объекта пучками с когерентным размером d р0 (ро - радиус корреляции фазовых атмосферных искажений), что приводит к высокой расходимости излучения. В результате этого на объект падает лишь небольшая часть доставляемой энергии. В то же время использование коллимации пучков в известном способе с одновременным их уширением до dЈ po или d РО исключает возможность синтеза изображений.

Целью изобретения является повышение энергетического потенциала за счет использования коллимированных пучков.

Поставленная цель достигается тем, что подсвет объекта производят коллимирован- ными пучками на двух кратных длинах волн AI, Д2 с соотношением Ач 2 А27причем поперечные размеры пучков превышают радиус корреляции фазовых искажений, синхронно сканируют световыми пучками в картинной плоскости объекта, фазовые задержки между пучками изменяют дискретно от 0 до 3/2я с интервалом я/2, регистрируют четыре значения интегральной интенсивности для четырех значений фазовых задержек, определяют по ним комплексный сигнал на каждой длине волны, амплитуду комплексного Фурье-спектра определяют путем усреднения квадрата модуля комплексного сигнала по реализациям, полученным при сканировании, фазу комплексного Фурье-спектра определяют путем усреднения по реализациям, полученным при сканировании, произведения квадрата

комплексного сигнала, полученного на длине волны AI, на комплексно-сопряженный сигнал, полученный на длине волны Лг, с последующим решением рекурентного 5 уравнения 2 раз:

argF(2nu5) 2nargF(u5) п -1

2 2n m 1argG(2rno5), m- О

0 где rum 0; F - комплексный Фурье- спектр; G -усредненное произведение; w- вектор пространственных частот; N определяется по максимальной и минимальной пространственным частотам следующим

5 образом.

Выбирается низкая частота ал при п О вблизи ЙГ 0, для которой значение Фурье- спектра в интервале частот 0, ш можно считать изменяющимся линейно. Это про0 исходит на основе анализа поведения G(3i): она должна быть построянной в интервале О, далее по и и соь - максимальной пространственной частоте, соответствующей bmax - максимальной базе активного

5 интерферометра, определяется N - максимальное значение п как минимальное значение, при котором 2 аи

N IP{log2lotl -log2|uTil}, где IP - целая часть.

0 На фиг. 1 представлена схема передающей, а на фиг. 2 - схема приемной части устройства для технической реализации данного способа; на фиг. 3 - расположение зеркал устройства.

5 Устройство, реализующее данный способ, содержит лазер 1, светоделитель 2, переключаемые зеркала 3, генератор управляющих сигналов 4, шаговый двигатель 5, набор телескопов б, энергетический

0 коллектор 7, спектроделительное зеркало 8, фотоэлектронный умножитель 9, устройство первичной обработки 10, устройство ввода сигналов в ЭВМ 11, 12.

Зеркала 3 расположены попарно (фиг.

5 2), а в каждой паре на одно из зеркал наклеено пьезокерамическое кольцо (пьезопри- вод), подключенное к генератору 4.

Способ состоит в следующем. Лазер 1 излучает пачки импульсов по четыре в каж0 дой на. двух кратных длинах волн (первая и вторая гармоника) li 2Дг. Лазерный пучок разбивается светоделителем 2 по интенсивности на две части, а с помощью зеркал 3 из них формируется два параллельных пучка.

5 Зеркала 3 переключаемые, в результате чего расстояние между пучками может дискретно изменяться. Для переключения азимутальных направлений используется светоделитель 2, поворачиваемый на заданный угол шаговым двигателем 5. Пара пареллельных пучков коллимируется телескопами б. Поскольку используется лазер, генерирующий оптическое поле с большой длиной когерентности, то каждая пара пучков является взаимно когерентной и образует в картинной плоскости объекта интерференционную картину с пространственной частотой, зависящей от расстояния между энергетическими осями пучков (т.е. базы активного интерферометра, состоящего из светоделителя 2 и пары зеркал 3).

Отраженное излучение с помощью энергетического коллектора 7 собирается на фотокатодах фотоэлектронного умножителя 9, причем для разделения длин волн li и AZ используется спектроделитель 8 с селективно отражающим покрытием. После предусиления полученные электрические сигналы (импульсы фототока с фотоэлектронного умножителя) поступают в устройство первичной обработки 10, где раздельно для каждой длины волны производится квадратичное и фазовое детектирование сигналов. В результате квадратичного детектирования с последующим усреднением по реализациям, полученным в результате сканирования, определяется квадрат амплитуды комплексного Фурье-спектра изображения объекта. Для фазового детектирования необходимо освещать объект последовательностью из четырех импульсов с фазовыми задержками между

парой пучков соответственно 0, -п,п,-пЛ.

Это реализуется с помощью пьезоприводов ввиде пьезокерамических колец, наклеенных на одно из зеркал из каждой пары 3, Пьезопривода управляются импульсными сигналами от генератора 4. Последовательность снимаемых с фотоэлектронного умножителя 9 сигналов для каждой длины волны lii la, з. Ц подвергается усреднению и обработке по следующему правилу:

G.-Li.ji.argG-arctg

Такая обработка производится для каждого положения зеркала 3 (для каждой базы интерферометра), после чего составляется последовательность m отсчетов argG(2m w), где йГ- вектор пространственных частот Фурье-спектра. Данная последовательность сигналов через аналого-цифровой преобразователь 11 вводится в ЭВМ 12.

Дальнейшая обработка в ЭВМ заключается в составлении и решении рекурентного уравнения

argF(2nuJ) 2nargF(«)- п - 1

- Ј argG(2m ш).

m- О

с целью определения фазы Фурье-спектра arg F(S).

В результате проделанных операций

находят сечения комплексного Фурье-спектра, угол ориентации которых определяется ориентацией базы интерферометра относительно выбранных осей координат. Нужный набор сечений формируется при повороте

светоделителя 2 с помощью шагового двигателя 5. По набору сечений определяется дву- мерный комплексный Фурье-спектр. Сканирование парой пучков по объекту осуществляется с помощью пьезопривода 13,

управляемого генератором 14, который осуществляет угловое перемещение светоделителя с частотой f faiM (где faiM наивысшая частота турбулентной атмосферы).

В результате проведенных действий определяется изображение объекта путем обратного преобразования Фурье полученного комплексного Фурье-спектра. По сравнению с прототипом энергетический потенциал метода повышается в М раз,

где М - квадрат отношения расходимости лазерных пучков с коллимацией и без нее. Разрешение в изображении по-прежнему определяется максимальной базой интерферометра.

Таким образом, способ позволяет повысить энергетический потенциал по сравнению с прототипом.

Формула изобретения Способ формирования изображения

удаленного малоразмерного объекта, заключающийся в подсвете объекта парами когерентных световых пучков с различными длинами волн, изменении расстояния между энергетическими осями пучков, изменении азимутального угла положения энергетических осей относительно начала координат, изменении фазовых задержек между пучками, регистрации интегральной интенсивности отраженного от объекта излучения, определении амплитуды и фазы комплексного Фурье-спектра изображения объекта, синтезе изображения путем регистрации квадрата модуля Фурье-спектра, отличающийся тем, что, с целью

повышения энергетического потенциала за счет использования коллимированных пучков, подсвет производят коллимированны- ми пучками на двух длинах волн AI и Я2 с соотношением АЧ 2 Яа, причем поперечные

размеры пучков превышают радиус корреляции фазовых искажений, синхронно сканируют пучками в картинной плоскости объекта, дискретно изменяют фазовые задержки между пучками отОдоЗ/2я с интервалом п /2, регистрируют четыре значения интегральной интенсивности для четырех значений фазовых задержек, по которым определяют комплексный сигнал на каждой длине волны, определяют амплитуду комплексного Фурье-спектра путем усреднения квадрата модуля комплексного сигнала, по реализациям, полученным при сканировании, определяют фазу комплексного Фурье- спектра путем усреднения по реализациям, полученным при сканировании, произведения квадрата комплексного сигнала, полученного на длине волны AI, на комплексно-сопряженный сигнал, полученный на длине волны А2, решают рекурент- ное уравнение 2 раз:

argF(2nft)) 2nargF(ui)п -1

-22

т О

argG(2m ш)..

где п, т 0;

F - комплексный Фурье-спектр; G - усредненное произведение: йГ- вектор пространственных частот; N - максимальное значение п как минимальное значение, при котором 2П ол (Оь, где йл - заданная низкая частота;

соь - максимальная пространственная частота, соответствующая максимальной базе используемого активного интерферометра.

Изобретение относится к лазерной локации, а именно к синтезу апертуры в оптике с помощью активной интерферометрии. Целью изобретения является повышение энергетического потенциала за счет использования коллимированных пучков. Лазер излучает пачки импульсов по 4 в каждой на двух кратных длинах волн AI 2 Дг. Лазерный пучок разбивают на 2 части по интенсивности и из них формируют 2 параллельных пучка. Расстояние между пучками может изменяться. Параллельные пучки коллимируются телескопами Пары пучков взаимно когерентны и образуют в картинной плоскости объекта интерференционную картину. Отраженное излучение собирается на фотокатодах фотоэлектронного умножителя. После предусиления полученные электрические сигналы раздельно для каждой длины волны подвергают квадратичному и фазовому детектированию. В результате получают квадрат амплитуды комплексного Фурье-спектра изображения объекта. Для фазового детектирования освещают объект четырьмя импульсами с фазовыми задержками между парой пучков О, л/2, гг,3/2я, Последовательность сигналов дня каждой длины волны обрабатывают для каждой базы интерферометра. Составляется последовательность сигналов, обрабатываемая с целью определения фазы Фурье-спектра По определенному набору сечений опреде ляется двумерный комплексный Фурье- спектр. Путем обратного преобразования Фурье комплексного Фурье-спектра определяют изображение объекта. 3 ил СО с VJ Os Јь о

Фт.1

Фиг. 2

ВидА