本发明专利技术提出了一种新型的综合孔径光子成像相位测量与补偿方法和系统，利用电光调制后载波的干涉结果来提取相位误差信息，可实现对该干涉成像系统的相位误差进行实时的测量与补偿的目的，属于干涉式成像遥感、高空间分辨率军事侦察技术领域。在本发明专利技术中，综合孔径光子成像是指视场辐射信号被天线阵列接收和降频后，通过电光调制器转换为光波信号，并被传输到光纤末端形成光线阵列成像。由于视场信号在接受和传输中会产生一定的误差，而相位误差对成像质量影响很大，本发明专利技术提出运用光纤滤波器分离出光纤中载波，通过其干涉结果来提取通道相位误差，并最终利用相位延迟与补偿器对光纤进行相位误差校正。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术主要涉及基于上变频电光调制的被动综合孔径光子成像系统的相位 误差测量与校正技术，尤其是运用光载波信号进行干涉，通过分析干涉图像计 算得到系统相位误差，最终通过实时的相位补偿系统来校正误差的技术。
技术介绍
被动综合孔径光子成像方法是基于上变频技术的成像方法，先将接收天线 阵列按照载体进行优化，然后将接收机接收的信号经过电光调制技术加载到光 波上，通过光纤传输，并在阵列末端形成光纤阵列，运用微光学技术设计光学系统使之形成光学综合孔径成像系统，最终在焦平面上使用CCD直接成像。在光学综合孔径成像系统中，将多个小口径的光学元件按照 一定的空间位 置排列，通过相位匹配和光路调整，使得通过各个子孔径的光東在共同的焦平 面上满足同相位要求，以实现光场的相千叠加，从而达到与通光口径相当的单 一大口径系统的衍射限分辨率。任何被动综合孔径系统，从每根天线发出的信 号，在传输过程中在必须仔细控制信号的相位，其精度必须小于1/10波长，才: 能得到高质量的图像。孔径阵列位置的偏离会引起相位测量的误差，相位误差 对综合孔径成像质量影响较大。在被动成像系统中，可能引入相位误差的因素 有天线定位错误，本地振荡(RF或激光)引入的相位误差以及从天线到图像 平面的路径长度的不同。所有这些误差来源都需要实时相位校准。相干光波東 形成系统中，激光東之间的干涉效应用于成像，因此每根光纤的长度误差必须 控制在1/10光波长(0. lum)范围内。这些光纤长度对温度和压力都非常敏感，因此有必要采用一主动实时相位控制系统，相位校准的问题在评估系统的实用 性能方面非常重要。实施相位控制的方法，其一是对每个部分分别进行校准。例如，控制光纤 路径的长度，采用绝对校准；釆用传感器测量天线的位置。为达到所需精度， 上述对光纤长度校准的方法已在光纤干涉测量中得到验证。另一方法是进行单 个相位校准，在一个步骤中消除上述所有相位误差，这项技术称为空间冗余校 准(RSC),允许进行实时，独立的相位校准，可应用于任何波长。RSC最初是应用在射电天文学中，它作为一种实时性校准算法，在校准的过程中不需要建立源模型，也不需要额外的硬件结构和重复性计算。RSC的基本原理是如图2 所示，如果两对天线(i, j)与(k, 1)有相同的向量空间f = ,则每对天线 测得场景的同一傅立叶分量(u, v)。如果两个测量值不同，则只有可能是设 备本身或环境引入了畸变量。这为一装置提供了一个方法，即相位误差可以根 据场景的特性加以识别，不需要构造模型，或预先假设图像，只是它包含有空 间上不相干的辐射，且在远场观察范围内。目前该方法已经被广泛的应用于工 作在从微波到光波的各类被动综合孔径成像系统中，发挥了巨大的作用。但该方法要求所设计的阵列必须要有足够的冗余，从而利用这些冗余信息 所得到的方程，最后通过矩阵运算得到系统的相位误差并进行补偿。而综合孔 径阵列优化的根本目的是实现阵列的冗余，获得同样条件下相对冗余阵列更多 的频率采样点，以获得充分而均匀的u-v覆盖，从而得到更佳的图象质量。本发 明所提出的利用裁波干涉结果分析计算得到系统的相位误差的技术，对于阵列 的结构和形式没有任何的特殊要求，可以更好的用于被动综合孔径光子成像相 位补偿系统中。
技术实现思路
由于综合孔径成像系统中相位误差对成像质量影响很大，而RSC技术在应夙 中又存在上述限制，本专利技术提出的被动综合孔径光子成像相位误差测量与补偿:' 方法和系统，是将各个通道的电光调制后的光信号通过光纤滤波器，得到光载 波信号，这些光纤通道最终形成光纤阵列，该阵列通过与另一位于阵列中心的 光纤经发散的光東进行相干成像，得到干涉条紋。经过提取图像信息和分析计 算得到各通道的相位误差信息，最终通过补偿装置实现相位的补偿。本专利技术主要利用调制后的各通道中的光载波相位不变的原理，采用如下技 术方案专利技术提出如图l所示的被动综合孔径光子成像相位误差测量与补偿方法和 系统(以2-D情况下6根天线的阵列为例)，其基本思想是由同一激光器的输 出的光束(相干光)经过分束后分别被各天线接收的辐射信号所调制，调制后 的信号中第一级边带携带了调制信号，而光载波的相位并不产生变化。由于调制后的载波相位并不发生变化，为了提取各通道的相位，运用光学滤波技术得 到光纤中的载波，并形成和原来天线阵列相同但比例缩小的光纤阵列，该光纤 阵列经扩束和准直后，与另一東从同一激光器发出的参考光東相干涉相，并利 用CCD相机接收这些干涉结果。利用参考光東和每个通道的光载波干涉条紋，可 计算出参考光東与各通道的相位差。在理想情况下，各通道相位差为零，而参考光束在图l中与各通道干涉的区 域具有相同的初始相位，故前述的参考光東与各通道的相位差也应是相等的。 因此，运用上述原理，以某一个通道与参考光東的相位差作为无相位误差的参 考相位差，其余通道与参考光東形成的相位差与该参考相位差的差值即是需要 返回的该通道的相位误差校正量，通过实时的光纤相位延迟或调谐装置进行校 正，以实现所有通道与参考光束的相位差相等。通过实时的相位校正与补偿， 可实现光信号在传输中造成的相位误差，从而最终提高第一级边带光信号形成 的缩比光纤阵列在进行干涉成像时的成像质量。在本专利技术中，系统各个部分说明如下(1) 光纤分光器光纤分光器用于将激光器输出的光束经平均的分成多路， 作为载波光東分别进入电光调制器，还有一路作为参考光束进入校正系统中的 圆形光纤阵列的中心。(2) 电光调制系统调制激光器选用适合普通光纤传输的波长，可以选用 输出波长为l. 3nm或者1.5咖的连续波激光器，传输光纤釆用单模保偏光纤；为 保持任意两个接收机的信号所包含的目标相位差信息，釆用最佳调制方式(如 相位调制、振幅调制等)，可根据系统的调制频率选用相应的调制器。.(3) 载波光纤阵列各通道调制后的光束通过光纤传输，利用lx2光耦合 器或薄膜滤波器分成两路，其中一路经光纤带通滤波器得到载波信号，这些传 输光载波的光纤最终形成圆周光纤阵列，圆周阵列的中心为前述的参考光東。(4) 干涉成像与相位误差计算干涉成像部分主要是通过参考光東与各通 道的光载波信号在CCD上干涉成像，通过对干涉条紋的分析，可以计算出各通道 相对参考光束的初始相位，从而可以得到各通道载波的相位差，也即是相位差。(5) 相位误差补偿对图像分析和计算得到的相位误差量，可以实时地通 过光纤相位延迟装置，如压电光纤延迟线圈(PZT)予以补偿，从而实时校正光200710176820.6说明书第4/5页纤系统的相位误差量。本专利技术的主要特色将被动综合孔径光子成像系统中无用的光载波信号利用起来，通过对其在圆周阵列上与另一参考光束干涉成像结果分析得到他、各 通道的相位误差，通过光纤相位延迟与补偿系统进行相位误差的校正。本专利技术的效益与应用前景(1)该系统与方法的应用前景由于RSC方法 要求阵列必需有一定的冗余，本专利技术提出的通过利用被动综合孔径光子成像系 统中的光载波信号与参考光束干涉成像，可分析得到各通道的相位误差信息， 最终可通过相位延迟与补偿系统进行校正，为光纤传输系统的相位校正提供了 一种新的有效途径。(2)拓展应用该方法不仅可广泛应用于微波，亳米波和 太赫兹波等波段的被动综合孔径光本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种新型的综合孔径光子成像相位误差测量与补偿方法和系统，其特征是：所述综合孔径光子成像相位误差测量与补偿系统包括光载波提取子系统，载波干涉成像子系统和相位误差提取与补偿子系统；所述各分系统协同工作，在光载波提取子系统中运用光纤滤波器分离出经电光调制后光纤信号中光载波，所得光载波进入载波干涉成像子系统后与另一传输参考载波的光纤形成光纤阵列，经扩束和准直，最终在ＣＣＤ探测器上与参考载波干涉成像，ＣＣＤ得到的图像实时进入相位误差提取与补偿子系统，干涉图像经分析后提取出相位误差量，并被传输到相位延迟与补偿器进行实时相位校正。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：何云涛，江月松，黎芳，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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