稀疏孔徑光瞳結構的製作方法
2023-11-07 09:16:32
專利名稱：稀疏孔徑光瞳結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及空間遙感領域高解析度光學遙感器中的一種稀疏孔徑光瞳結構。
背景技術：
隨著科學技術的發展，航天遙感技術已經被廣泛應用於天文觀測、遙感和軍事偵 查等領域的發展。它正逐漸成為人們獲取各種空間信息、發現和識別目標以及各國掌握信 息主動權的最重要手段之一。世界各國投入了大量的人力、物力進行航天遙感技術的研究與開發。在已發展的 眾多空間遙感器中，光學遙感器始終是最主要也是最重要的一類遙感器。利用搭載在衛星 上的光學遙感器進行對地觀測，在空間上具有速度快、視野廣、覆蓋範圍大、不受領空限制 和全球覆蓋的優點，在時間上具有實時探測和全年覆蓋的優點。目前，光學遙感器正朝著高 空間解析度、高光譜和更寬覆蓋的方向發展。其中，空間解析度是評價一個空間光學遙感器 觀測能力的重要技術指標。空間解析度越高，遙感器對目標細節的分辯能力越強，獲取的信 息越多。更高的空間解析度是光學遙感器的發展趨勢。然而，根據物理光學理論，在系統工 作波長一定的情況下，要提高光學系統的空間解析度，必須增大系統的通光口徑。在實際應 用中，大型或超大型的光學系統口徑的增大將受到材料、工藝水平、裝配、有效載荷艙體積 和成本等諸多因素的限制，在現有技術條件下是很難實現甚至不可能實現的。並且對於空 間光學系統，口徑的增大勢必帶來發射的困難，複雜的空間環境也可能導致大口徑光學鏡 面的變形，最終無法達到正常的工作性能。為了突破系統口徑的限制，獲得更高的空間分辨 率，並且降低系統的重量，稀疏孔徑成像理論得以提出。光學稀疏孔徑結構的基本思想就是採用多個小孔徑的光學系統的組合，把多個小 口徑的光學元件或光學系統按照一定的方式在空間上進行排列，通過各子孔徑的光束經過 位相補償和調整後相干疊加到共同的焦平面上，使系統的解析度等效為一個更大口徑的光 學成像系統，達到單個大孔徑系統的成像質量。然而稀疏孔徑系統也受很多其他因素的制 約。Golay、Meinel、Feite等人很早就開始了稀疏孔徑成像的理論研究工作，比較基礎的問 題就是孔徑優化問題。不同的孔徑排列形式會產生不同的點擴散函數(PSF)和調製傳遞函 數(MTF)。點擴散函數(PSF)和光學傳遞函數(OTF)常用來描述光學系統在空域和頻域的 成像性能。PSF是系統對理想物點成像斑的能量分布的數學描述。OTF是成像系統對目標 所成實際像的頻譜與理想像頻譜的比值，其模為調製傳遞函數(MTF)。調製傳遞函數(MTF)是評價光學稀疏孔徑系統成像性能的重要指標。不同的應用 目的對光學稀疏孔徑系統調製傳遞函數的要求不同。例如，某些天文研究需要對已知目標 非常微小的細節進行觀測，系統調製傳遞函數對特定中、高頻成分有很好的響應將成為首 要考慮的問題。相應系統可以被設計為一個帶通濾波器。但是，對用於遙感、偵察目的的空 間光學遙感器一般沒有固定的觀察目標，需要系統調製傳遞函數從低頻到某個高頻的範圍 內對空間頻率進行連續響應，以形成一個均勻一致的頻率響應覆蓋平面。不同的稀疏孔徑 結構對系統調製傳遞函數的分布具有直接的影響。因此，稀疏孔徑結構的設計與優化問題成為光學稀疏孔徑成像系統研究的關鍵問題之一。 稀疏孔徑結構對系統的成像性能具有直接的影響。目前，典型的孔徑結構有 G0LAY，三臂和環形結構等。選擇一種合適的孔徑結構，對系統的成像質量是很重要的。
發明內容
本發明的目的是提供一種空間解析度高、結構靈活、易於裝配的稀疏孔徑光瞳結 構。實現本發明目的的技術方案是提供一種光瞳結構，由9個直徑相同的子鏡構成， 其特殊之處在於9個子鏡的分布結構為其中3個子鏡的圓心平均分布在圓A的圓周上，其 餘6個子鏡的圓心分布在圓B的圓周上，圓A與圓B為同心圓，該同心圓的圓心為0，圓A的 半徑為巧，圓B的半徑為巧，巧r2 = 2 3，分布在圓A圓周上的3個子鏡的圓心連線構 成一等邊三角形，該等邊三角形的每個角的角平分線分別通過圓心0並延伸與圓B的圓周 相交，三個交點分別為M1、M2和M3，分布在圓B的圓周上的6個子鏡每兩個分為一組，共分 三組，每一組中的兩個子鏡的圓心與圓心0的連線組成的夾角為20度，此夾角共三個，同心 圓的圓心0與交點M1、M2和M3的連線0M1、0M2和0M3分別為這三個夾角的角平分線，該稀 疏孔徑光瞳結構的填充因子定義為
權利要求
1.稀疏孔徑光瞳結構，由9個直徑相同的子鏡構成，其特殊之處在於9個子鏡的分布結 構為其中3個子鏡的圓心平均分布在圓A的圓周上，其餘6個子鏡的圓心分布在圓B的圓 周上，圓A與圓B為同心圓，該同心圓的圓心為0，圓A的半徑為巧，圓B的半徑為巧，巧r2 =2 3，分布在圓A圓周上的3個子鏡的圓心連線構成一等邊三角形，該等邊三角形的每 個角的角平分線分別通過同心圓的圓心0並延伸與圓B的圓周相交，三個交點分別為M1、M2 和M3，分布在圓B的圓周上的6個子鏡每兩個分為一組，共分三組，每一組中的兩個子鏡的 圓心與同心圓的圓心0的連線組成的夾角為20度，此夾角共三個，同心圓的圓心0與交點 M1、M2和M3的連線0M1、0M2和0M3分別為這三個夾角的角平分線，該稀疏孔徑光瞳結構的 填充因子定義為
2.根據權利要求1所述的稀疏孔徑光瞳結構，其特徵在於所述填充因子的變化範圍 是 10%≤ F ≤ 19. 7%。
全文摘要
本發明涉及一種稀疏孔徑光瞳結構，由9個直徑相同的子鏡構成，其中3個子鏡的圓心平均分布在圓A的圓周上，其餘6個子鏡的圓心分布在圓B的圓周上，圓A與圓B為同心圓，半徑比為2∶3，分布在圓A圓周上的3個子鏡的圓心連線構成一等邊三角形，該等邊三角形的每個角的角平分線分別通過圓心O並延伸與圓B的圓周相交於點M1、M2和M3，分布在圓B的圓周上的6個子鏡每兩個為一組，每一組中的兩個子鏡的圓心與圓心O的連線組成的夾角為20度，此夾角共三個，OM1、OM2、OM3分別為這三個夾角的角平分線，該結構的填充因子F的變化範圍是0＜F≤19.7％。該結構結構簡單，各子鏡較容易裝配，MTF呈正六邊形分布，分布均勻，解析度高，成像性能好。
文檔編號G01S7/481GK101995567SQ20091002358
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月13日 優先權日2009年8月13日
發明者楊建峰, 梁士通, 薛彬, 阮萍 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所