Способ формирования изображения удаленного малоразмерного объекта

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК И ЕТЕ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Зарубежная радиоэлектроника, 1976, М 7, с. 15.Ануфриев А.В, и др, К вопросу о синтезе изображений с помощью активного интерферометра Майкельсона при наблюдении предметов через случайно-неоднородную среду. - Оптика и спектроскопия, т, 65, вып.1, 1988, с. 202.(54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ УДАЛЕННОГО МАЛОРАЗМЕРНОГО ОБЪЕКТА(57) Изобретение относится к лазерной локации, а именно к синтезу апертуры в оптике с помощью активной интерферометрии. Целью изобретения является повышение энергетического потенциала за счет использования коллимированных пучков, Лазер излучает пачки импульсов по 4 в каждой на двух кратных длинах волн Л 1 = 2 А 2, Лазерный пучок разбивают на 2 части по интенИзобретение относится к лазерной локации, а именно к синтезу апертуры в оптике с помощью активной интерферометрии,Известен способ синтеза малоразмерных удаленных объектов в некогерентном свете с помощью звездного интерферометра Майкельсона, состоящий в изменении расстояния между осями принимаемых от объекта оптических пучков, изменении аэимутального угла положения осей относительно начала координат, изменении(51)5 О 01 3 17/00, 6 02 В 27/О сивности и иэ них формируют 2 параллельных пучка. Расстояние между пучками может изменяться, Параллельные пучки коллимируются телескопами, Пары пучков взаимно когерентны и образуют в картинной плоскости объекта интерференционную картину. Отраженное излучение собирается на фотокатодах фотоэлектронного умножителя. После предусиления полученные электрические сигналы раздельно для каждой длины волны подвергают квадратичному и фазовому детектированию, В результате получают квадрат амплитуды комплексного Фурье-спектра изображения объекта. Для фазового детектирования освещают объект четырьмя импульсами с фазовыми задержками между парой пучков О, л/2, л, 3/2 к, Последовательность сигналов для каждой длины волны обрабатывают для каждой базы интерферометра. Составляется последовательность сигналов, обрабатываемая с целью определения фазы Фурье-спектра, По определенному набору сечений опреде ляется двумерный комплексный Фурье- спектр. Путем обратного преобразования Фурье комплексного Фурье-спектра определяют изображение обьекта. 3 ил,фазовых задержек между пучками, регистрации распределения интенсивности, определении амплитуды и фазы комплексного а Фурье-спектра, синтезе изображения объекта.Недостатками известного способа являются низкий энергетический потенциал и низкая помехозащищенность, так как предполагается прием излучения в достаточно широком спектральном диапазоне при малоэффективной спектральной селекции шуля комплексного сигнала по реализациям, 55 полученным при сканировании, фазу комплексного Фурье-спектра определяют путем усреднения по реализациям, полученным при сканировании, произведения квадрата ма, использование традиционных телескопов с ограниченным световым диаметром и чувствительностью к разъюстировке плеч интерферометра из-за крайне низкой длины когерентности принимаемого излучения,Ближайшим к изобретению является способ синтеза малоразмерных удаленных объектов в когерентном свете, состоящий в подсвете объекта парами когерентных световых пучков с различными длинами волн, изменении расстояния между энергетическими осями пучков, изменении азимутального угла положения энергетических осей относительно начала координат, изменении фазовых задержек между пучками, регистрации интегральной интенсивности отраженного от объекта излучения, определении амплитуды и фазы комплексного Фурье- спектра изображения объекта, синтезе изображений путем регистрации квадрата и модуля Фурье-образа комплексного Фурье- спектра.Недостатком известного способа является невысокий энергетический потенциал за счет подсвета объекта пучками с когерентным оазмером бро 1 ро - радиус корреляции фазовых атмосферных искажений), что приводит к высокой расходимости излучения. В результате этого на объект падает лишь небольшая часть доставляемой энергии, В то же время использование кбллимации пучков в известном способе с одновременным их уширением до б ро или бро исключает возможность синтеза изображений.Целью изобретения является повышение энергетического потенциала за счет использования коллимированных пучков,Поставленная цель достигается тем, что подсвет объекта производят коллимированными пучками на двух кратных длинах волн А 1, Я 2 с соотношением Л 1 = 2 Й,причем поперечные размеры пучков превышают радиус корреляции фазовых искажений, синхронно сканируют световыми пучками в картинной плоскости объекта, фазовые задержки между пучками изменяют дискретно от 0 до 3/2 л с интервалом л/2, регистрируют четыре значения интегральной интенсивности для четырех значений фазовых задержек, определяют по ним комплексный сигнал на каждой длине волны, амплитуду комплексного Фурье-спектра определяют путем усреднения квадрата моду 10 15 20 25 30 35 404550 комплексного сигнала, полученного на длине волны Л 1, на комплексно-сопряженный сигнал, полученный на длине волны Я 2, с последующим решением рекурентного уравнения 2 разаг 9 Г(2" в) = 2"аг 9 Р(в) -и - 1и-гиаГ 9 Я 2 ги Дги=Огде п 1 тО; Г - комплексный Фурье- спектр; 6 -усредненное произведение; йвектор пространственных частот, К определяется по максимальной и минимальной пространственным частотам следующим образом.Выбирается низкая частота в 1 при и = 0 вблизи в = О, для которой значение Фурье- спектра в интервале частот 0, со 1 можно считать изменяющимся линейно. Это происходит на основе анализа поведения б(со); она должна быть построянной в интервале 0, в 1; далее по в 1 и вь - максимальной пространственной частоте, соответствующей Ьиах - максимальной базе активного интерферометра, определяется К - максимальное значение и как минимальное значение, при котором 2 в 1 = иь:К = Р(109 сОь - 09 Ш 1 ),где Р - целая часть.На фиг, 1 представлена схема передающей, а на фиг, 2 - схема приемной части устройства для технической реализации данного способа; на фиг. 3 - расположение зеркал устройства.Устройство, реализующее данный способ, содержит лазер 1, светоделитель 2, переключаемые зеркала 3, генератор управляющих сигналов 4, шаговый двигатель 5, набор телескопов 6, энергетический коллектор 7, спектроделительное зеркало 8, фотоэлектронный умножитель 9, устройство первичной обработки 10, устройство ввода сигналов в ЭВМ 11, 12.Зеркала 3 расположены попарно (фиг.2), а в каждой паре на одно из зеркал наклеено пьезокерамическое кольцо (пьезопривод), подключенное к генератору 4.Способ состоит в следующем, Лазер 1 излучает пачки импульсов по четыре в каждой на, двух кратных длинах волн (первая и вторая гармоника) Л 1 =2 12, Лазерный пучок разбивается светоделителем 2 по интенсивности на две части, а с помощью зеркал 3 из них формируется два параллельных пучка. Зеркала 3 переключаемые, в результате чего расстояние между пучками может дискретно изменяться. Для переключения азимутальных направлений используется светоделитель 2, поворачиваемый на заданный угол шаговым двигателем 5. Гара па45 5055 реллельных пучков коллимируется телескопами б. Поскольку используется лазер, генерирующий оптическое поле с большой длиной когерентности, то каждая пара пучков является взаимно когерентной и образует в картинной плоскости объекта интерференционную картину с пространственной частотой, зависящей от расстояния между энергетическими осями пучков (т.е. базы активного интерферометра, состоящего из светоделителя 2 и пары зеркал 3).Отраженное излучение с помощью энергетического коллектора 7 собирается на фотокатодах фотоэлектронного умножителя 9, причем для разделения длин волн А 1 и Л 2 используется спектроделитель 8 с селективно отражающим покрытием. После предусиления полученные электрические сигналы (импульсы фототока с фотоэлектронного умножителя) поступают в устройство первичной обработки 10, где раздельно для каждой длины волны производится квадратичное и фазовое детектирование сигналов. В результате квадратичного детектирования с последующим усреднением по реализациям, полученным в результате сканирования, определяется квадрат амплитуды комплексного Фурье-спектра изображения объекта, Для фазового детектирования необходимо освещать объект последовательностью из четырех импульсов с фазовыми задержками между парой пучков соответственно О, ,л,хЛ 3 Это реализуется с помощью пьезоприводов ввиде пьезокерамических колец, наклеенных на одно из зеркал из каждой пары 3, П ьезоп ривода управля ются импульсными сигналами от генератора 4. Последовательность снимаемых с фотоэлектронного умно- жителя 9 сигналов для каждой длины волны 1, 2, 3, 4 подвергается усреднению и обработке по следующему правилу:О =, агдО = агстд262 - 6432 01-ОзТакая обработка производится для каждого положения зеркала 3 (для каждой базы интерферометра), после чего составляется последовательность п 1 отсчетов агдО(2" в), где в - вектор пространственных частот Фурье-спектра. Данная последовательность сигналов через аналого-цифровой преобразователь 11 вводится в ЭВМ 12.Дальнейшая обработка в ЭВМ заключается в составлении и решении рекурентного уравненияагдЕ(2" в) = 2 "агдР(в) -и - 1- Г 2"1 агд 6(2 в),в=о 5 10 15 20 25 30 35 40 с целью определейия фазы Фурье-спектраагд Е(в). В результате проделанных операций находят сечения комплексного Фурье-спектра, угол ориентации которых определяется ориентацией базы интерферометра относительно выбранных осей координат. Нужный набор сечений формируется при повороте светоделителя 2 с помощью шагового двигателя 5. По набору сечений определяется двумерный комплексный Фурье-спектр, Сканирование парой пучков по объекту осуществляется с помощьЮ -пьезопривода 13, управляемого генератором 14, который осуществляет угловое перемещение светоделителя с частотой 51,т (где 1 атм - наивысшая частота турбулентной атмосферы).В результате проведенных действий определяется изображение объекта путем обратного преобразования Фурье полученного комплексного Фурье-спектра, По сравнению с прототипом энергетический потенциал метсда повышается в М раз, где М - квадрат отношения расходимости лазерных пучков с коллймацией и без нее, Разрешение в изображении по-прежнему определяется максимальной базой интерфе ром етра.Таким образом, способ позволяет повысить энергетический потенциал по сравнению с прототипом,Формула изобретения Способ формирования изображения удаленного малоразмерного объекта, заключающийся в подсвете объекта парами когерентных световых пучков с различными длинами волн, изменении расстояния между энергетическими осями пучков, изменении азимуталь ного угла положения энергетических осей относительно начала координат, изменении фазовых задержек между пучками, регистрации интегральной интенсивности отраженного от объекта излучения, определении амплитуды и фазы комплексного Фурье-спектра изображения объекта, синтезе изображения путем регистрации квадрата модуля Фурье-спектра, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения энергетического потенциала за счет использования коллимированных пучков, подсвет производят коллимированными пучками на двух длинах волн А 1 и 12 с соотношениемЛ 1 =2 12, причем поперечные размеры пучков превышают радиус корреляции фазовых искажений, синхронно сканируют пучками в картинной плоскости объекта, дискретно изменяют фазовые задержки между пучками от 0 до 3/2 л с интервалом тг /2, регистрируют четыре значения интегральной интенсивности для четырех значений фазовых задержек, по которым определяют комплексный сигнал на каждой длине волны, определяют амплитуду комплексного Фурье-спектра путем усреднения квадрата модуля комплексного сигнала, по реализациям, полученным при сканировании, определяют фазу комплексного Фурьеспектоа путем усреднения по реализациям, полученным при сканировании, произведения квадрата комплексного сигнала, полученного на длине волны А 1, на комплексно-сопряженный сигнал, полученный на длине волны А 2, решают рекурентное уравнение 2 раз: агцР(2" й = 2"агцЦЗ) -л - 1- "; 2"агдб(2 в)П 3 - Р5где п, 1 пО;Р - комплексный Фурье-спектр;6 - усредненное произведение;в - вектор пространственных частот;И - максимальное значение и как минимальное значение, при котором 2 ж 1= аь,где в - заданная низкая частота;вь - максимальная пространственнаячастота, соответствующая максимальнойбазе используемого активного интерферометра,1764011 УГ. Я РоУА зм Фиг.РСоставитель М, Раевская Редактор Г. Бельская Техред М,Моргентал орректор М. Максимишине оизаодстаенно.издателзский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 10 Заказ 3456 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5