费涅尔变换望远术成像关键技术研究

在目标观测应用中，获取目标的高分辨率图像是低可观测性目标探测、高分辨率目标识别等领域不断追求的目标，具有战略性发展地位。.本项目发展一种新型的高分辨成像技术－费涅尔变换望远术，用费涅尔波带片编码获取的目标信息，回波信号转换为时间分离的光学下行信息串进行探测和处理，受大气效应扰动的影响大大减小。可大大提高在大气干扰或恶劣天气条件下，对目标的精确跟踪和高分辨成像识别能力。该技术更适合于较近作用距离也特别适用于强扰动介质或不同介面应用，如强湍流或空气－海水界面的目标探测，具有创新性和巨大应用前景。.课题组近年来在大气湍流、大气与海水界面激光束传输理论、合成孔径雷达成像理论和算法、编码成像处理、光学信息获取与处理等方面做了大量的研究工作，已经很好的掌握了费涅尔变换望远术成像的相关技术，具备了坚实的工作基础。同时，本课题组承担的基金委面上项目2005年验收为"特优"。

在目标成像观测应用中，光学和微波波段传统的成像技术因受天线孔径的限制，对感兴趣的目标因超出分辨单元无法成像或识别细节。因此，高分辨率成像技术是目标探测和识别领域的研究热点。本项目将费涅尔变换理论和激光干涉成像技术有效结合，提出一种新型的高分辨率费涅尔望远镜成像激光雷达，进行了雷达系统的总体技术方案优化设计，建立了相应的理论物理模型，针对性地解决了多项关键技术，形成理论和实验相结合的具有鲜明特色的费涅尔变换望远术的体系结构和算法。主要研究内容和结果如下：. （1）对费涅尔望远镜成像激光雷达进行了原理贯通和优化设计。采用了对于目标投射一个扫描的费涅尔波带片光斑，目标与照明光斑的相互二维扫描将每个目标点的回波转化为时间流信号，接收端采用同轴相干接收，同时将物体点编码成为一个二维费涅尔波带结构的复数二次项相位分布，再通过处理器的匹配滤波重构出物体图像的优化设计总体方案。由于实施了空间对时间的传输信号转化并且采用了同轴光束相干探测和复数相位合成，提高了接收灵敏度和成像信噪比，大大降低了大气对于激光传输的影响。. （2）进行了费涅尔望远术扫描方式的设计和优化。为了扩展费涅尔望远术的应用领域，实现高速飞行模式机载成像，结合机载海洋激光雷达的扫描方式，研究了能够实现快速扫描的圆锥扫描工作模式，进行了点目标和面目标的仿真模拟，研究结果表明该方式能有效改善光机振镜正弦扫描的均匀性，实现机载模式费涅尔望远术的高速扫描成像。. （3）费涅尔望远术运动目标重采样插值成像算法。针对费涅尔望远术在对运动目标一维扫描成像过程中存在的非均匀采样问题，通过选择不同目标对多种插值算法进行仿真分析，优化选择出立方卷积插值作为费涅尔望远术的插值方法。计算机仿真结果与理论预测相符，验证了该成像体系和成像算法的可行性。. 本项目提出的基于费涅尔望远镜的高分辨率成像雷达系统的应用方向是近距离空间弱小目标或强扰动介质或不同介质面目标的监视和识别，有广泛的军事和民事应用前景。.