利用正交横向模式分集的相干成像制造技术

本发明专利技术公开了一种用于用电磁辐射的相干波束将目标成像的技术，包括：通过一组正交横向空间模式使相干波束的至少一部分序列化以及将从该组正交横向空间模式得到的输出信号相加。为产生目标的图像，相干波束应用到目标上的多个点并在每个点处通过同一组正交横向空间模式被序列化。从序列化产生的输出信号被逐点相加。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及利用正交横向模式分集(orthogonal transverse modediversity)的相干成像。
技术介绍
用电磁辐射的相干波束将目标成像经常受到散斑现象的困扰，即孔径和视场上的交替的相长和相消干涉产生的图像的随机的亮和暗的粒状外观。如果电磁辐射源是完全相干的，则散斑的严重程度将取决于三个无量纲参数以波长为单位的均方根目标粗糙度、用波长表示的表面特征之间的平均横向间距、和照明区域中的特征数量。因为在照明区域内其高度偏离平均高度大约半个光波长或更多的特征数量巨大，所以许多种激光照明(尤其是全息技术)引起散斑问题。与相干成像对比，非相干成像不受散斑影响，因为任何一组从光源到目标到检测器(例如，视网膜、胶片、CCD阵列)的光路仅对涉及的一小部分波长是相消的。处理相干成像系统中的散斑的一些技术利用频率分集或角度分集以减少交替的相长和相消干涉的发生。虽然这些技术可以减少散斑，但是频率分集的有效性受到感兴趣的特定微波区域中频谱缺乏的限制，而角度分集的有效性受到了机械和成本方面考虑的限制。为此，需要减少散斑并可以有效实施的相干成像技术。
技术实现思路
用于用电磁辐射的相干波束将目标成像的技术包括通过一组正交横向空间模式使相干波束的至少一部分序列化以及将从该组正交横向空间模式得出的输出信号相加。为产生目标的图像，相干波束施加到目标上的多个点并在每个点处通过同一组正交横向空间模式被序列化。序列化产生的输出信号被逐点相加。在每个点处通过一组正交横向空间模式使相干波束的至少一部分序列化给成像系统增加了正交横向模式分集，并减少了所获图像信息中的散斑。从结合附图作为示例举例说明本专利技术原理的以下详细说明，本专利技术的其他方面和优点将变得清楚。附图说明图1描述了根据本专利技术的实施例，被构造为利用正交横向模式分集实现相干成像的成像系统的实施例。图2描述了成像系统的实施例，其中发送波束控制器被构造成代替接收波束控制器来通过该组正交横向空间模式使相干波束序列化。图3是根据本专利技术的实施例，相干成像操作的高阶处理流程图。图4是根据本专利技术的实施例，用于将目标成像的方法的处理流程图。图5A-5D描述了相干波束的厄密-高斯(Hermite-Gaussian)模式的例子。图6描述了在实-虚平面中的示例波束向量。在整个说明书中相似的标号用于标示相似的元件。具体实施例方式用于用电磁辐射的相干波束将目标成像的技术包括通过一组正交横向空间模式使相干波束的至少一部分序列化以及将从该组正交横向空间模式得到的输出信号相加。为产生目标的图像，相干波束应用到目标上的多个点并在每个点处通过同一组正交横向空间模式被序列化。从序列化产生的输出信号逐点相加。图1描述了成像系统10的实施例，其被构造成利用正交横向模式分集实现相干成像。成像系统包括发送系统12、接收系统14、加法逻辑16、系统控制器18和输出系统20，这些部分被构造来将目标22成像。发送系统包括相干发送器26和发送波束控制器28。相干发送器形成电磁辐射的相干波束30，其被导向发送波束控制器。存在于相干发送器、发送波束控制器和目标之间的相干波束部分在此处称为“发送波束”。虽然未示出，但是相干发送器可以包括如本领域所知的电磁辐射源和天线。在此处描述的实施例中，相干发送器产生射频(RF)范围(例如，从大约3KHz到300GHz)的电磁辐射，但其他范围的电磁辐射(包括可见的、X光和红外的范围)也是可以的。发送波束控制器28被构造成接收来自相干发送器26的发送波束并将发送波束聚焦到目标22的点32上。为扫描目标，发送波束控制器还被构造成移动发送波束的聚焦点。发送波束控制器可以利用机械或电的控制机构来聚焦和移动发送波束。可以使用的机械机构包括万向节、透镜、反射镜或其任意组合。可以使用的电控制机构包括相控阵列或反射阵列。用于控制发送波束的其他机构是可以的，包括机械和电的机构的组合。如线42所示，发送波束控制器响应于来自系统控制器18的信号而控制相干波束。接收系统14包括相干接收器36和接收波束控制器38。接收波束控制器接收一部分反射离开目标22的相干波束30。通常，目标具有随机的表面凹凸，其散射入射相干波束以使得只有一部分入射相干波束被朝向接收系统反射。此外，朝向接收系统反射的该部分入射相干波束受到相前畸变，这可能大大减少实际接收到的能量。存在于目标、接收波束控制器和相干接收器之间的相干波束部分在此处称为“接收波束”。在操作期间，为使得到的信号强度最大化，将接收波束控制器聚焦到目标上与发送波束控制器相同的点32上。接收波束控制器也相对于其聚集点和相干接收器定向，使得将接收波束朝向相干接收器反射。接收波束控制器利用类似于发送波束控制器的机械或电的控制机构来调节聚焦点并将反射的接收波束导向相干接收器。如线44所示，响应来自系统控制器18的信号调节接收波束控制器。根据本专利技术，接收波束控制器38还被构造成通过一组正交横向空间模式使接收波束序列化，其中正交横向空间模式通常定义为在焦平面上其相互重叠的部分积分为零的电磁模式。正交横向空间模式的例子包括厄密-高斯模式(Hermite-Gaussian mode)，下面参考图5A-5D更详细描述。通过一组正交横向空间模式使接收波束序列化给成像系统10增加了正交横向模式分集，如下所述这减少了所获取图像信息中的散斑。接收波束控制器使用机械机构、电机构或其任意组合来形成正交横向空间模式。例如相控阵列或反射阵列的电机构尤其适合于聚焦相干波束、导引相干波束和通过一组正交横向空间模式使相干波束序列化的任务。如图1所示，控制接收波束控制器的信号包括模式形成信号。相干接收器36接收反射离开接收波束控制器38的接收波束并产生响应输出信号。输出信号代表接收的电磁辐射的能量。输出信号被提供到加法逻辑16以取决于实施方式而作为模拟或数字信号进行处理。虽然未示出，但是相干接收器可以包括本领域所知的天线和接收电子设备。加法逻辑16将来自相干接收器36的输出信号相加并产生代表所接收总能量的相加值。加法逻辑被构造成将取决于实施方式的模拟或数字信号相加。在一个实施例中，输出信号作为数字信号处理。加法逻辑可以基于硬件、软件或固件，或其组合。如以下将更详细描述的，通常对于扫描的每个新点，加法逻辑都复位(如线46所示，响应于来自系统控制器的复位信号)。如线48所示，由加法逻辑产生的相加值被提供到系统控制器。系统控制器18控制成像系统10的操作。具体地，系统控制器管理发送波束控制器28和接收波束控制器38的操作以及加法逻辑16的复位。对于发送和接收波束控制器，系统控制器提供控制信号，其使得波束控制器同时聚焦到目标22上的相同点32上并为扫描目标的所期望区域而移动聚焦点。系统控制器还将控制信号(即模式形成信号)提供到接收波束控制器，这通过一组正交横向空间模式使得接收波束被序列化。此外，系统控制器将复位信号提供到加法逻辑，从加法逻辑16接收相加值，并如线50所示，将输出信号(即成像信息)提供到输出系统20。在图1的实施例中，系统控制器是基于微处理器的系统，其利用硬件和软件的组合来控制成像系统并提供成像信息。输出系统20支持来自系统控制器18的成像信息的输出。输出系统可以包括本领域所知的显示设备、打印机设备、存本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种成像系统，包括：发送系统，其被构造为形成电磁辐射的相干波束并将所述相干波束聚焦到目标的点上；接收系统，其被构造为接收反射离开所述目标的所述相干波束的一部分；所述发送系统和所述接收系统中的一个包括波束控制器，所述波 束控制器被构造为通过一组正交横向空间模式使聚焦到所述目标的点上的所述相干波束或者反射离开所述目标的所述相干波束的所述部分序列化；和加法逻辑，其与所述接收系统进行信号通讯并被构造为将响应于所述相干波束的所述一组正交横向空间模式而产生的 信号相加。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：格雷戈里史蒂文李，罗伯特C泰伯，伊扎克巴哈拉夫，
申请(专利权)人：安捷伦科技有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]