稀疏孔径光学系统成像研究

论文摘要

为了满足应用需求，获取高分辨率的卫星图像，需要发展大口径、长焦距的空间光学系统，但是光学材料、工艺、制造成本和体积重量等的限制，给高分辨率空间遥感器的研制和发射带来极大的困难。因此，人们开始寻求新的理论和方法来解决上述问题，其中稀疏孔径光学成像系统是实现大口径空间光学系统的方法之一，其研究将为高分辨率光学遥感系统的实现开辟新的技术途径。 本文从讨论稀疏孔径光学系统的成像原理出发，进行稀疏孔径阵列排列、稀疏孔径图像复原研究，提出由九个子镜构成的新型稀疏孔径结构——复合三子镜，进行Golay3稀疏孔径光学系统的实验仿真研究。 首先阐述本论文研究的问题，介绍国内外研究现状和选题的意义。其次讨论稀疏孔径光学成像系统的基本原理、典型结构形式和特征指标，研究其调制传递函数，结果表明，稀疏孔径光学系统的调制传递函数与稀疏孔径结构和子孔径的排列相关，给出稀疏孔径光学系统调制传递函数的表达式。应用光学设计软件对不同稀疏孔径结构进行调制传递函数分析和模拟成像研究，进一步探讨适合稀疏孔径光学系统成像质量评价的方法。 研究稀疏孔径阵列结构，通过阵列优化获得冗余度最小的子孔径排列，提高光学系统的成像质量。研究Golay阵列的排列规律及其调制传递函数，提出一种新型的类Golay6阵列。 在稀疏孔径结构与模拟成像研究的基础上，研究应用维纳滤波技术提高稀疏孔径光学系统所成图像质量，提出用改进型维纳滤波技术进行稀疏孔径光学系统的图像复原，结果表明，图像质量明显提高。 提出一种新型稀疏孔径结构——复合三子镜，详细分析和比较复合三子镜与Golay9稀疏孔径结构的调制传递函数，并进行模拟成像和维纳滤波。研究复合三子镜稀疏孔径光瞳结构的优化，提出基于实际截止空间频率和填充因子的优化准则，获

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 论文主要内容
• 参考文献
• 第二章 稀疏孔径光学系统
• 2.1 稀疏孔径光学系统的概念
• 2.1.1 稀疏孔径光学系统的特征指标
• 2.1.2 信号强度与填充因子关系
• 2.2 稀疏孔径光学系统的调制传递函数
• 2.2.1 调制传递函数概念
• 2.2.2 稀疏孔径光学系统调制传递函数
• 2.2.3 几种稀疏孔径结构及其调制传递函数
• 2.3 典型稀疏孔径光学系统调制传递函数和模拟成像
• 2.3.1 三臂结构
• 2.3.2 Golay6结构
• 2.3.4 三臂结构和Golay6比较
• 2.4 稀疏孔径光学系统的像质评价
• 2.5 本章小结
• 参考文献
• 第三章 稀疏孔径结构研究
• 3.1 子孔径阵列排列
• 3.2 子孔径阵列优化
• 3.3 Golay结构阵列排列
• 3.4 类Golay6结构阵列
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 第四章 稀疏孔径系统图像复原
• 4.1 图像复原与最优准则
• 4.2 维纳滤波器设计
• 4.3 稀疏孔径光学系统维纳滤波图像复原
• 4.3.1 稀疏孔径光学系统中的维纳滤波
• 4.3.2 改进型维纳滤波器
• 4.3.3 维纳滤波恢复图像
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 复合三子镜稀疏孔径光学系统成像研究
• 5.1 复合三子镜稀疏孔径系统结构形式
• 5.2 复合三子镜稀疏孔径光学系统调制传递函数
• 5.2.1 解析表达式
• 5.2.2 调制传递函数分析
• 5.3 复合三子镜稀疏孔径系统模拟成像
• 5.4 复合三子镜和Golay9结构
• 5.4.1 两种结构
• 5.4.2 调制传递函数
• 5.4.3 等效口径
• 5.4.4 模拟成像与图像复原
• 5.5 复合三子镜稀疏孔径结构优化
• 5.5.1 优化准则
• 5.5.2 结构分析与优化
• 5.5.3 模拟成像与图像复原
• 5.6 本章小结
• 参考文献
• 第六章 稀疏孔径光学系统仿真实验
• 6.1 仿真实验装置
• 6.1.1 稀疏孔径结构
• 6.1.2 光学系统
• 6.2 实验结果与比较
• 6.3 本章小结
• 参考文献
• 第七章 总结与展望
• 攻读博士学位期间公开发表的论文和申请的专利
• 攻读博士学位期间从事的研究课题
• 攻读博士学位期间参加的学术会议
• 致谢
• 中文详细摘要