一种数字超振荡调制的超衍射聚焦方法

：本发明涉及一种数字超振荡调制的超衍射聚焦方法，属于超高分辨力天文观测、深空探测以及空间态势感知。

背景技术

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背景技术：

1、望远镜是人类对空间碎片、天体或地球进行遥感观测的重要工具。由于光波的衍射特性，导致望远镜的理论角分辨极限受到工作波长和望远镜主镜口径的限制。一般来说，固定工作波长的望远镜，为获得更高的角分辨率和更强的集光能力则意味着需要增大望远镜的主镜口径。然而，大口径望远镜的制备带来的技术难度和研制成本会急剧增加。因此，如何突破望远镜角分辨极限面临的上述原理限制，实现更高的成像分辨率具有广阔的应用前景。

2、中国专利申请号为“201610517791.4”，专利名称为“一种宽带远场超分辨成像装置”，该装置通过在成像系统中的瞳面位置引入波前调制模块，可在局部视场范围内衍射压缩成像系统的点扩散函数，结合共聚焦扫描模式使固定工作波长和口径条件下的成像系统实现超分辨成像。中国专利申请号为“201810622936.6”，专利名称为“用于望远大视场超分辨率快速成像装置及其成像方法”，该装置通过在望远镜的后端出曈面位置引入光瞳滤波器，提升望远镜的成像分辨率。值得注意的是，空间光电探测的应用场景，大气湍流在空间光电探测过程中时常存在，会对望远镜的成像质量产生严重的影响。中国专利申请号为“201610517791.4”和中国专利申请号为“201810622936.6”公开专利的成像过程：(1)未涉及大气湍流的影响，大气湍流引入的实时波像差是否干扰超分辨望远成像效果有待验证；(2)望远镜引入光瞳滤波器或者视场光阑调制后，低能量利用率带来的探测威力下降亟需解决。

3、本发明提供的一种数字超振荡调制的超衍射聚焦方法，在空间态势感知技术领域具有广阔的技术应用前景。

技术实现思路

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技术实现要素：
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1、本发明解决的主要技术问题是：针对望远镜引入光瞳滤波器或者视场光阑调制后带来的低能量利用率、单视场范围小、探测威力下降等技术难题，本发明提供的一种数字超振荡调制的超衍射聚焦方法，具备实时、协同自适应望远镜的工作模式和时敏目标细节的超分辨成像特点，可提升固有口径望远镜对典型飞行目标的识别/确认能力，为我国未来大口径空间高分辨光学望远镜建设提供一种新的技术手段。

2、自适应光学望远镜接收经过大气层光线的远场信息，经过自适应光学望远镜波前校正后获得光线的波前信息，自适应光学望远镜会聚波前校正后的光线获得衍射受限点扩散函数或光学像。

3、本发明采用的技术方案为：一种数字超振荡调制的超衍射聚焦方法，自适应光学望远镜校正经过大气层光线的远场信息，获得去除大气湍流影响的波前信息；不同于自适应光学望远镜，本发明进一步利用夏克-哈特曼波前传感器获取的波前信息和光学系统参量，数字超振荡特定调制的波前信息，经过计算光学技术可获得自适应光学望远镜的数字超衍射点扩散函数。

4、所述的数字超振荡调制可以是波前信息的数字化相位调制、数字化振幅调制，或者是数字化相位-振幅调制的组合。

5、所述的数字超振荡调制也可以是焦平面光学相机数字图像的数字化相位调制、数字化振幅调制，或者是数字化相位-振幅调制的组合。

6、所述的数字超振荡特殊不同于已公开的光学超振荡技术，数字超振荡调制波前信息或者数字图像的频谱信息，局部视场范围内合成的振荡比截止频率振荡得更快。

7、所述的望远镜可以是相干、非相干的成像模式。

8、所述的望远镜可以是光学望远镜、自适应光学望远镜。

9、所述的数字化相位调制可以为0/π二元相位调制、0～2π连续相位调制。

10、所述的数字化振幅调制可以为0/1二元振幅调制、0～1连续振幅调制。

11、所述的数字化相位-振幅调制可以是任一数字化相位调制与任一数字化振幅调制的组合。

12、所述的波前信息为夏克-哈特曼波前传感器获取的自适应光学望远镜校正后的波前。

13、所述的光学系统参量包括望远镜的工作波长、f数、波前信息的校正残差、靶面采样率和靶面像元的大小。

14、所述的工作波长可以是紫外、可见光、红外、太赫兹、微波频段。

15、本发明与现有技术相比，有益效果为：

16、(1)本发明提出了一种实时、协同望远镜工作模式的数字化超衍射聚焦方法。

17、(2)本发明解决已公开超分辨望远镜引入光瞳滤波技术带来的低能量利用率、探测威力不足、单视场范围小等应用技术瓶颈。

18、(3)本发明采用数字超振荡调制方法，可实现宽带、大视场超分辨成像。

19、(4)本发明避免视场的扫描拼接要求，具备实时或离线数据处理优势。

技术特征：

1.一种数字超振荡调制的超衍射聚焦方法，其特征在于：成像装置、夏克-哈特曼波前传感器、光学相机、光学系统参量和数字超振荡调制方法；成像装置实现目标物的光学成像，夏克-哈特曼波前传感器获取成像装置瞳面的波前信息，光学相机获取目标物的数字图像。其中：

2.根据权利要求1所述的一种数字超振荡调制的超衍射聚焦方法，其特征在于：成像装置、夏克-哈特曼波前传感器、光学系统参量、数字超振荡调制四部分进行一体化数理建模和数字调制；所述的数字超振荡调制根据光学系统参量、调制类型、调制对象进行数字设计。

3.根据权利要求1所述的一种数字超振荡调制的超衍射聚焦方法，其特征在于：所述的成像装置可以为望远镜、自适应望远镜、不同数值孔径的显微物镜，工作波长可以是紫外、可见光、红外、太赫兹、微波频段，所述的成像装置为传统光学系统，无需引入波前调制器或者是视场光阑。

4.根据权利要求1所述的一种数字超振荡调制的超衍射聚焦方法，其特征在于：无需视场的扫描拼接要求，具备实时或离线、宽带、大视场超分辨成像特点。

技术总结
本发明公开了一种数字超振荡调制的超衍射聚焦方法，本发明通过数字超振荡调制成像装置瞳面的波前信息或者焦平面CCD的数字图像，可实现局部视场范围内的超衍射聚焦和超分辨成像。本发明主要包括：成像装置、夏克‑哈特曼波前传感器、光学相机、光学系统参量和数字超振荡调制方法。本发明具备实时、协同自适应望远镜的工作模式和时敏目标细节的超分辨成像特点，可提升固有口径望远镜对典型飞行目标的识别/确认能力。

技术研发人员：胡海晟,姚纳,焦蛟,孙旭,吕海峰
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16