1 中国科学院空天信息创新研究院微波成像技术国家级重点实验室,北京 100190
2 中国科学院大学,北京 100049
针对天文观测和深空探测需求,提出了天基激光本振6.5 m衍射综合孔径红外射电望远镜的概念和形式,给出了激光本振阵列探测器形式,设计了基于衍射光学系统的综合孔径红外射电望远镜结构。该望远镜采用孔径渡越补偿信号处理方法扩大光谱范围,具有光学系统复杂度低、体积小和质量轻的特点。给出了系统主要参数和成像仿真结果,当中心波长为1.55 μm时,角分辨率约为0.24 μrad,最大不模糊视场角度约为1.55 mrad,光谱范围为0.2 μm,其探测灵敏度要比传统6.5 m口径望远镜高2倍,可观测的极限星等优于21。
成像系统 红外光谱 综合孔径 激光本振 衍射光学系统 射电望远镜 天文观测 激光与光电子学进展
2023, 60(10): 1011001
1 中国科学院空天信息创新研究院微波成像技术国家级重点实验室,北京 100190
2 中国科学院大学电子电气与通信工程学院,北京 100049
3 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
对基于衍射光学系统的激光雷达的波束展宽方法和作用距离进行了分析,介绍了实验样机的研制情况。根据实际激光雷达的成像特点并结合宽幅成像的需求,提出了离焦扩束、加柱面镜扩束以及基于衍射镜的波长变化扩束3种接收波束展宽方法,进行了仿真计算并给出了实验样机的部分测试结果。给出了扩束情况下激光雷达的作用距离表达式,同时讨论了模数转换(AD)采样量化对接收信号采样的影响,明确了接收扩束产生的增益下降可由电子学放大器来弥补的观点,并结合实际数据给出了验证结果和分析结果。
遥感 激光雷达 衍射光学系统 激光扩束 宽视场接收 雷达方程
1 中国科学院空天信息创新研究院微波成像技术国家级重点实验室,北京 100190
2 中国科学院大学,北京 100049
针对对地三维成像和海洋水深测量的需求,对轨道高度为500 km、口径为2 m的谐衍射光学系统星载双波长陆海激光雷达系统进行了分析。基于单光子阵列探测器,分析了大口径衍射光学系统的光学合成孔径实现方式,并设计了系统参数。波长为1.55 μm的陆地观测激光雷达的主要性能指标为:地面像元分辨率4 m,交轨瞬时幅宽4 km,高程测量精度0.3 m。波长为0.516 μm的海洋观测激光雷达的可探测水深达30 m。分析了激光本振阵列探测器的结构,提出了基于相干探测的光学合成孔径技术,有望采用计算成像的方式,利用多个子口径的低分辨率复图像信号相干合成高分辨率图像,同时提高图像的信噪比。相同系统参数下的对比分析表明,波长为1.55 μm的陆地观测激光雷达采用相干探测体制后,探测性能优于传统的直接探测。采用子口径结构,可降低衍射光学系统的加工难度,同时子口径结构焦距短的特点使得光学系统的轴向尺寸和重量大幅减小。
遥感 激光雷达 衍射光学系统 光学合成孔径 阵列探测器
红外与激光工程
2021, 50(8): 20200371
1 中国科学院空天信息创新研究院微波成像技术国家级重点实验室, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
水深是海底地形测绘的基础数据,对于海洋科学研究具有重要意义。衍射光学系统具有体积小、质量轻的优点,共形设计后可减少载荷对飞机气动性能的影响,有利于形成大光学口径。基于大口径接收共形衍射光学系统介绍了机载测深激光雷达的系统方案和参数,并利用衍射光学系统光谱的窄带宽特点,抑制接收的背景光噪声。以最小可探测信噪比为依据,针对直接探测和相干探测两种方式,对机载激光雷达的海水探测深度进行了分析。结果表明,在接收口径为0.6 m、瞬时接收视场为50 mrad、发射平均功率为50 W时,白天该系统在直接探测方式下的探测深度为69 m,在相干探测方式下的探测深度为86 m。
海洋光学 激光雷达 激光测深 衍射光学系统 共形设计 激光本振 激光与光电子学进展
2021, 58(12): 1201001
1 中国科学院电子学研究所微波成像技术国家级重点实验室, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所航空光学成像与测量重点实验室, 吉林 长春 130033
合成孔径激光雷达(SAL)可在大前斜视角条件下以较小的光学孔径,对远距离目标进行高分辨率、高数据率成像,是光学成像探测的一种重要形式。对口径为100 mm、作用距离为20 km、分辨率为0.05 m的SAL的工作模式、系统方案、指标参数和关键技术进行分析,并提出与设备整流罩共形的衍射光学系统概念,有利于减少气动影响和设备的体积、质量。借助微波相控阵天线模型,研究基于频率扫描变化的激光波束展宽和一维波束扫描方法,给出相关波束方向图的仿真结果。结果表明,基于曲面共形衍射光学系统的SAL成像探测技术具有可行性。
遥感 衍射光学系统 合成孔径成像 激光雷达 激光波束扫描
1 北京跟踪与通信技术研究所, 北京100094
2 哈尔滨工业大学 空间光学工程研究中心, 黑龙江 哈尔滨 150001
3 北京遥感信息研究所, 北京 100192
面向高轨监视领域对超大口径、轻量化的高分辨率光学载荷的迫切需求, 提出了一种以衍射元件为主镜的空间大口径衍射成像系统图像反演恢复与增强方法。针对大口径光学系统像差和主镜衍射效应引起的模糊严重以及点扩散函数空间变化性大等降质问题, 基于正则化理论框架和等晕区分块思想, 提出了基于多正则化约束的衍射成像系统图像反演恢复方法, 研究了多参量多约束模型的高效求解方法。针对衍射效率不足和非设计级次背景杂波引起的图像信噪比低和对比度下降严重的问题, 结合小波阈值滤波与非线性变换, 提出了自适应的衍射成像系统图像质量增强方法。最后进行了实验验证, 实验结果表明: 当空变等级达到了30时, 恢复结果与原始图像的结构相似度在08以上, 信噪比提升10%以上, 信息保真度在80%以上。该方法在有效提升图像清晰度与对比度的同时, 提高了图像的信噪比, 对超大口径薄膜衍射成像系统的实际空间应用具有一定的理论研究意义和工程应用价值。
空间大口径衍射成像系统 衍射成像系统严重降质 反演恢复模型 图像质量增强 large aperture diffractive optical system degradation of diffraction imaging quality inversion recovery model imaging quality enhancement