大气高阶扰动对傅里叶望远镜成像的影响分析

于树海; 王建立; 董磊; 刘欣悦

大气高阶扰动对傅里叶望远镜成像的影响分析

1.
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;
2.
中国科学院大学,北京100049

基金项目:

国家863 计划（2011AAXXX1003）

详细信息

作者简介:
于树海（1985- ），男，博士生，主要从事傅里叶望远镜关键技术及光电信号处理方面的研究。Email：yushuhai_0707@sina.com；王建立（1971- ），男，研究员，博士生导师，主要从事空间目标探测技术和地基高分辨率成像望远镜总体技术等方面的研究。Email：wangjianli@ciomp.ac.cn

于树海（1985- ），男，博士生，主要从事傅里叶望远镜关键技术及光电信号处理方面的研究。Email：yushuhai_0707@sina.com；王建立（1971- ），男，研究员，博士生导师，主要从事空间目标探测技术和地基高分辨率成像望远镜总体技术等方面的研究。Email：wangjianli@ciomp.ac.cn

中图分类号: O43

High modes disturbance of atmosphere on the Fourier telescopy imaging analysis

1.
Changchun institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China;
2.
University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China

摘要: 傅里叶望远镜（FT）综合了激光主动照明和合成孔径的优点，采用相位闭合技术可以消除各发射望远镜间的粗大相位差及大气的低阶扰动对成像的影响，分辨率可突破单一望远镜的衍射极限。为了FT 实际工程系统的实施，需探讨大气高阶扰动对FT 成像质量的影响，文中模拟大气高度36 km，通过等Rytov 指数方法将大气分成40 层并计算得到了每层的上下界限及每层相位屏的高度值。对于3333 T 型均匀间隔发射阵列，每层模拟了1 626 个相位屏。光束传输采用夫琅和费衍射近似。通过计算机模拟，在不考虑噪声的情况下，对于10 cm 的发射口径，得到大气高阶扰动对FT 成像质量有微小影响的结论。重构结果与衍射极限图像的斯托里尔比（Strehl）由无大气时的0.682 1 降低到0.623 6。当信噪比为100 时，Strehl 达到0.452 5，可分辨目标。
- 大气高阶扰动 /
- 傅里叶望远镜 /
- 成像系统 /
- T 型均匀发射阵列 /
- 数值模拟
Abstract: Fourier telescopy (FT) is an imaging method that combines the advantages of active laser lighting and synthetic aperture. Using the phase closure technique can eliminate the coarse phase of two arbitrary launch telescopes and the effects of atmospheric low-level disturbance. The resolution of reconstructed image can overcome the diffraction limit of a single telescope. For the realization of the engineering systems of the Fourier telescopy (FT), the image quality was explored when the light via the atmosphere with 36 km atmospheric height. The atmosphere was divided into 40 layers by the Rytov index method; the upper and lower boundaries of each floor and the heigth of each phase screen were calculated. To the 33 33 T-type emitter array with uniformly spaced, the number of simulated phase screens was 1 626. Fraunhofer diffraction approximation was used when beam from the emitting surface to the target. Through computer simulation, without considering the noise, for the 10 cm emission caliber, we obtain the conclusion that the higher order disturbance of atmosphere has a slight impact on the FT imaging system. Without the atmospheric high order disturbance, the Strehl of reconstruction image and diffraction limit image is 0.682 1. With that the Strehl is reduced to 0.623 6. When the signal to noise ratio of 100, the Strehl reach 0.452 5, and the target can be discriminated.
- atmospheric high modes turbulence /
- Fourier telescopy /
- imaging systems /
- T-type of launching /
- numerical simulation

[1]	Holmes R B, Ma S, Bhowmik A, et al. Analysis and simulation of a synthetic aperture technique for imaging through a turbulent medium[J]. OSA, 1996, 13(2): 351-364.
[2]
[3]
[4]	Brinkley T J, Sand1er D. Effect of atmospheric turbulence and jitter on Fourier telescopy imaging systems [C]//SPIE, 1999, 3815: 42-47.
[5]	MacDonalda Kenneth R, Boger James K, Fetrow M P, et al. An experimental demonstration of Fourier telescopy [C]//SPIE, 1999, 3815: 23-29.
[6]
[7]
[8]	E Louis Cuellar, James Stapp, Justin Cooper. Laboratory and field experimental demonstration of a Fourier telescopy imaging system[C]//SPIE, 2005, 5896(D): 1-14.
[9]
[10]	E Louis Cuellar, Justin Cooper, James Mathis, et al. Laboratory demonstration of a multiple beam Fourier telescopy imaging system[C]//SPIE, 2008, 7094(G): 1-12.
[11]	Dong Lei, Liu Xinyue, Wang Jianli. The realization of Fourier telescope technology in laboratory [J]. Optics and Precision Engineering, 2008, 16(6): 999-1002. (in Chinese) 董磊, 刘欣悦, 王建立. 实验室环境内傅里叶望远镜技术的实现[J]. 光学精密工程, 2008, 16(6): 999-1002.
[12]
[13]
[14]	Chen Wei, Li Quan, Wang Yangui. Object reconstruction of Fourier telescopy based on all phase spectrum analysis [J]. Acta Optica Sinica, 2010, 30(12): 3443-3446. (in Chinese) 陈卫, 黎全, 王雁桂. 基于全相位谱分析的傅里叶望远术目标重构[J]. 光学学报, 2011, 30(12): 3443-3446.
[15]	Chen Wei, Li Quan, Wang Yangui. Experimental research of Fourier telescopy imaging system [J]. Acta Optica Sinica, 2011, 31(3): 0311001: 1-6. (in Chinese) 陈卫,黎全,王雁桂. 傅里叶望远术成像系统的实验研究[J]. 光学学报, 2011, 31(3): 0311001: 1-6.
[16]
[17]
[18]	Dong Lei, Liu Xinyue, Lin Xudong, et al. Improvement of performance and analysis of results of field experiments of Fourier telescope [J]. Acta Optica Sinica, 2012, 32 (2): 0201004. (in Chinese) 董磊, 刘欣悦, 林旭东, 等. 傅里叶望远镜外场实验性能改进和结果分析[J]. 光学学报, 2012, 32(2): 0201004.
[19]	Yu Shuhai, Wang Jianli, Dong Lei, et al. Introduction of dominating factors of multiple beam [J]. Laser Infrared, 2011, 41(12): 1341-1345. (in Chinese) 于树海, 王建立, 董磊, 等. 多光束傅里叶望远镜成像质量主要因素分析[J]. 激光与红外, 2011, 41(12): 1341-1345.
[20]
[21]	Zhang Yan, Yang Chunping, Guo Jing, et al. Spectrum extraction mode for Fourier telescopy in laboratory [J]. High Power Laser and Particle Beams, 2011, 23(3): 571-576. (in Chinese) 张炎, 杨春平, 郭晶, 等. 实验室中傅里叶望远术频谱抽取方式[J]. 强激光与粒子束, 2011, 23(3): 571-576.
[22]
[23]
[24]	Lane R G, Glindemann A, Dainty J C. Simulation of a Kolmogorov phase screen[J]. Waves Random Media, 1992(2): 209-224.
[25]
[26]	Rod Frehlich. Simulation of laser propagation in a turbulent atmosphere[J]. Applied Optics, 2000, 39(3): 393-397.
[27]
[28]	Qian Xianmei, Zhu Wenyue, Rao Ruizhong. Selection of Cn2 between phase screens for simulating laser propagation along an inhomogeneous turbulent path [J]. Acta Optica Sinica, 2008, 28(10): 1856-1860. (in Chinese) 钱仙妹, 朱文越, 饶瑞中. 非均匀湍流路径光传播数值模拟中相位屏间Cn2 的选取[J]. 光学学报, 2008, 28(10): 1856-1860.
[29]	Qing Xianmei, Zhu Wenyue, Rao Ruizhong. Phase screen distribution for simulating laser propagation along an inhomogeneous atmospheric path [J]. Acta Physica Sinica, 2009, 58(9): 6633-6638. (in Chinese) 钱仙妹, 朱文越, 饶瑞中. 非均匀湍流路径上光传播数值模拟的相位屏分布[J]. 物理学报, 2009, 58(9): 6633-6638.
[30]
[31]	Rhodes William T, Diego Pava, Fraser Dalgleish, et al. High-resolution imaging through horizontal-path turbulence [C]//SPIE, 2011, 8122: 812202-1-812202-5.

[1]	赵思旻, 顾乃庭, 黄林海, 肖亚维, 张兰强, 程云涛, 杜宗政. 太阳望远镜低时空频率波前像差校正技术 . 红外与激光工程, 2023, 52(7): 20220887-1-20220887-12. doi: 10.3788/IRLA20220887
[2]	沈玲君, 宋英雄. 地星大气湍流路径三层传输模型数值模拟 . 红外与激光工程, 2023, 52(11): 20230125-1-20230125-13. doi: 10.3788/IRLA20230125
[3]	李毅超, 康福增, 王昊. 拼接镜成像性能分析 . 红外与激光工程, 2019, 48(1): 118006-0118006(6). doi: 10.3788/IRLA201948.0118006
[4]	张子邦, 陆天傲, 彭军政, 钟金钢. 傅里叶单像素成像技术与应用 . 红外与激光工程, 2019, 48(6): 603002-0603002(19). doi: 10.3788/IRLA201948.0603002
[5]	孙振亚, 刘栋斌, 方伟, 张达. 高密度模块化TDI CCD成像系统设计 . 红外与激光工程, 2018, 47(6): 618001-0618001(8). doi: 10.3788/IRLA201847.0618001
[6]	姜晰文, 贾学志, 丛杉珊. 自由曲面在制冷型离轴三反光学系统的应用 . 红外与激光工程, 2018, 47(9): 918004-0918004(7). doi: 10.3788/IRLA201847.0918004
[7]	李盾, 宁禹, 吴武明, 孙全, 杜少军. 旋转相位屏的动态大气湍流数值模拟和验证方法 . 红外与激光工程, 2017, 46(12): 1211003-1211003(7). doi: 10.3788/IRLA201746.1211003
[8]	李玉杰, 朱文越, 饶瑞中. 非Kolmogorov大气湍流随机相位屏模拟 . 红外与激光工程, 2016, 45(12): 1211001-1211001(8). doi: 10.3788/IRLA201645.1211001
[9]	戴毅斌, 樊玉杰, 李明尧, 刘晓宇, 蒋彭胜, 殷开婷. 多点激光微冲击成形的数值模拟研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(S1): 50-56.
[10]	常金勇, 强希文, 胡月宏, 宗飞, 李志朝, 封双连. 激光传输光束抖动效应的数值模拟 . 红外与激光工程, 2015, 44(S1): 46-49.
[11]	张金玉, 孟祥兵, 杨正伟, 王冬冬, 陶胜杰. 红外锁相法涂层测厚数值模拟与分析 . 红外与激光工程, 2015, 44(1): 6-11.
[12]	陈林, 杨立, 范春利, 吕事桂, 石宏臣. 线性调频激励的红外无损检测及其数值模拟 . 红外与激光工程, 2014, 43(5): 1385-1389.
[13]	孙杜娟, 胡以华, 李乐. 气溶胶“沉降—扩散”联合动态数值模拟 . 红外与激光工程, 2014, 43(2): 449-453.
[14]	刘小雨, 江勇, 李卒, 陈世国, 莫冬腊. 某型涡扇发动机红外抑制方案数值研究 . 红外与激光工程, 2014, 43(8): 2482-2488.
[15]	郑亮亮. 多通道TDI CCD成像系统的非均匀性校正 . 红外与激光工程, 2014, 43(S1): 145-150.
[16]	李亚鹏, 何斌, 付天骄. 行间转移型面阵CCD成像系统设计 . 红外与激光工程, 2014, 43(8): 2602-2606.
[17]	于树海, 王建立, 董磊, 刘欣悦. 基于T 型稀疏发射阵列的傅里叶望远镜 . 红外与激光工程, 2014, 43(1): 190-194.
[18]	葛卫龙, 华良洪, 张晓晖. 距离选通水下激光成像系统信噪比分析与计算 . 红外与激光工程, 2013, 42(8): 2022-2026.
[19]	陈超, 杨鸿儒, 吴磊, 俞兵, 袁良, 杨斌, 黎高平. 距离选通成像系统关键性能的实验 . 红外与激光工程, 2013, 42(12): 3423-3427.
[20]	王磊, 徐智勇, 张启衡, 王华闯. 蓝绿激光水下成像系统的探测灵敏度分析 . 红外与激光工程, 2012, 41(1): 79-84.

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大气高阶扰动对傅里叶望远镜成像的影响分析

High modes disturbance of atmosphere on the Fourier telescopy imaging analysis

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大气高阶扰动对傅里叶望远镜成像的影响分析

1. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;

2. 中国科学院大学,北京100049

English Abstract

High modes disturbance of atmosphere on the Fourier telescopy imaging analysis

1. Changchun institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China;

2. University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China

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High modes disturbance of atmosphere on the Fourier telescopy imaging analysis

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大气高阶扰动对傅里叶望远镜成像的影响分析

1. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033; 2. 中国科学院大学,北京100049

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High modes disturbance of atmosphere on the Fourier telescopy imaging analysis

1. Changchun institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China; 2. University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China

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2. University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China