专利名称：量子相干光学合成孔径方法
技术领域：
本发明涉及一种量子相干光学合成孔径方法。
背景技术：
在空间遥感领域中，如何提高地元分辨率，一直是对地观测技术的关键问题之一。迄今为止，为能拍摄到更清晰、更细微的目标，在光学系统衍射极限的条件下，可改进的技术途径主要有二一是在保持相对孔径的基础上，加长光学望远镜的焦距，即在保持光学系统衍射斑尺寸不变的情况下，缩小比例尺。如前苏联在80年代上天的ИОНР2相机，焦距4米。1997年俄罗斯发射的阿尔康高卫星所携带的高分辨率CCD相机，焦距已达27米。而美国KH-12军事侦察卫星上载有的可见光相机焦距更长，为38米。另一解决办法是在保持焦距不变的情况下，加大光学系统的口径。其目的是为减小衍射斑尺寸，当采用与之相对应的具有较小像元尺寸的探测器时，不改变焦距也可以提高地元分辨率。所以现有技术均是尽可能采用长焦距、大孔径的方法。由于受探测器像元尺寸的限制，更多的则是采用增大焦距的办法。因受航天运载工具的限制，对地光学成像相机的体积、重量不可能无限增大；另外，材料、加工工艺、元器件等的技术水平在达到一定程度之后，也将会反过来制约分辨率的进一步提高；而从根本上来讲，至今为止的技术途径都是建立在以物理衍射分辨为最终的、不可逾越的极限基础上。因此，其只能采用加长、加大系统的尺寸才能解决，别无他法。
合成孔径天线技术的发展已经有四十多年的历史，最初即是为在航空飞行过程中获取更高分辨率的侧视雷达图像而提出的。真实孔径侧视雷达在飞行方向上的分辨率，是同波长、被测目标的距离等成反比，而同天线在飞行方向的长度成正比。为提高分辨率而加大天线尺寸在实施中受限，即要依靠加大真实雷达孔径来无限制的提高分辨率在实际工程应用中不可能实现。
合成孔径技术从探测方式上可分为主动式和被动式两种。有关光学合成孔径用于对地观测成像的，目前只见被动式的方案。其基本原理是对目标反射光通过波面分割，然后再进行干涉迭加，以获取更为细锐、清晰的成像斑。依此原理曾出现多种实施方案，如多反射镜光学合成孔径系统、多望远镜光学合成孔径系统，目的均为实现多光束组合。但由于其对系统的精度要求都非常高，如对应相干点的重合精度、多个瞳的配准精度等。因此，采用被动式的复合光相干，在遥感成像中要达到实用化，工程技术难度甚大。
发明内容
本发明解决了背景技术分辨率低，难于突破、提高的技术问题。
本发明的技术解决方案是一种量子相干光学合成孔径方法，其特殊之处在于它采用主动式合成孔径探测法，该方法包括1).发射(1).选择探测光源以激光作光学雷达的探测源；(2).进行量子编码对探测光波进行量子编码；(3).选择探测光束采用探测光波偏振化方向的探测光束；(4).发射采用点、线或带扫描方式之一；2).接收反射波多个单元孔径光学系统接收从同一被探测物体的反射波，各单元获得载有位置、强度及与物体调制的含位相的光波信息；(1).接收采用阵列接收方式接收反射波信息；直接由位置、强度信息复合成图像获取经典物理信息；由量子器件检测量子位相信息；(2).确定量子相干的方法采用量子系统动力学演化过程及在量子相干作用下的演化方式；采用不定长度的量子编码获取量子信息；3).进行分离提取对每一单元中获得的光波信息进行分离提取；
(1).分离出经典物理信息直接将获得的载有位置、强度的光波信息合成为光学图像而得到；(2).分离出量子信息是运用量子相干效应，由量子器件检测分离出光波量子位相信息。
上述经典物理信息可采用将获得的载有位置、强度的光波信息转换成电信号作后处理，再复合成图像而得到。
上述对每一单元中获得的光波信息进行分离提取时，经典物理信息和量子信息可单独分离出来，分别进行分离提取。
上述由量子器件检测分离出光波量子位相信息的途径可以结合物质的物理特性，从探测光中提取所需的信息，去除不利因素。
上述从探测光中提取所需的信息，去除不利因素可采用利用高阶量子相干效应进行光场振幅、位相量子信息的检测分离。
上述选择探测光束还可包括选择光束束宽或波束发射形式。
上述接收反射波信息方式可以是在获取载有位置、强度信息反射波的同时，得到对应的位相信息。
上述运用量子相干效应，由量子器件检测分离出光波量子位相信息可在微弱条件实现，并对所需量子信号进行放大。
上述微弱条件可以是单光子量级条件下。
本发明具有如下优点1.构造简单；2.体积小，重量轻；3.分辨精度高。拍摄结果更清晰、更细微；4.加工工艺方便，较易工程化实施。
5.本发明不仅在对地遥感领域中多了一种全新的技术手段与方法，而且基于此研制的仪器还将具有构造简单、装置轻小、分辨精度高等优点。
6.本发明以探测光波为载体，在合成孔径技术中运用量子相干原理设计检测方法，从而提高了对地物反、漫射光等目标光的检测灵敏度，并可获取更多信息。
具体实施例方式
一个条状天线，在空中作匀速直线运动时，可视作不同位置的多个天线元。每一位置的天线元，都分别接收相应位相的目标散射反射波信息。然后，将这些信息存储、处理，进行相干合成，就得到相当于多个天线的长天线的探测结果。具有高分辨率成像的合成孔径雷达即依此合成天线的原理研制出。
目前，合成孔径雷达技术已日趋完善，并已被实际应用于航空、航天的对地观测中，使用的雷达波段也已有L、C、P、X及微波。因此，为使合成孔径雷达探测的波段波长更短、频率更高，本发明利用量子相干信息来实现光学合成孔径甚高分辨率。具体是运用量子相干效应，结合合成孔径天线技术，实现微弱信号检测。在获取被测目标反散射光光强信息的同时，还可获悉其位相信息，进而得到目标的甚高分辨率。
本发明以探测光波为载体，在合成孔径技术中运用量子相干原理设计检测方法。由于所要探测的目标信息较多，有位置、强度及位相等，并要一一对应，故本发明采用主动式合成孔径探测。具体实现方法如下1.发射1].选择探测光源由于激光具有优良的方向性、单色性，本发明首选激光作光学雷达的探测源。具体实施时还应考虑合适的大气光学窗口。
2].进行量子编码对探测光波进行量子编码。在进行量子信息的测量时，由于系统和环境的不可避免的耦合，量子相干性将随时间衰减，量子信息被破坏，即消相干。量子编码是克服消相干、纠错、避错的最有效方法。
3].选择探测光束对应于雷达波的极化方向，可采用探测光波偏振化方向的探测光束。根据实际需要还可考虑光束束宽、波束发射形式等。
4].发射发射可采用扫描方式，采用点、线、带扫描方式均可。点扫描的优点是能量集中、探测精度高，不足是高速飞行时，无法对远近同步、同等分辨率的侧向检测；线扫描同样在高速飞行时，会无法完成远近同等侧向全场检测；一定波束形态的带扫描方式是现有合成孔径雷达采用的方式。实际应用可视具体情况选择上述方式之一。
2.接收反射波多个单元孔径光学系统接收从同一被探测物体的反射波，各单元获得的光波载有位置、强度及其它与物体调制的位相等信息。
1].接收采用阵列接收方式接收反射波信息。在获取载有位置、强度信息反射波的同时，得到对应的位相信息。或直接由位置、强度信息来复合成图像，而量子位相信息则由量子器件进行检测。
2].确定量子相干的方法为避免量子消相干，采用量子系统动力学演化过程及在量子相干作用下的演化方式；为避免在环境影响和测量过程中纠缠态的变化，采用了不定长度的量子编码以获取有效量子信息。
3.进行分离提取对每一单元中获得的光波信息进行分离提取。检测分离时，两类信息可单独分离出来分别进行检测处理。
1].分离出经典物理信息可用光电器件检测分离获得，即光电器件将获得的载有位置、强度等的光波信息转换成电信号作后处理，再复合成图像而得到。若直接将获得的载有位置、强度的光波信息合成为光学图像而得到则更佳。
2].分离出量子信息其是运用量子相干效应，由量子器件检测分离出光波量子位相信息。采用量子相干效应检测可在微弱条件即单光子量级条件下实现，并可对所需量子信号进行放大。实现量子相干的方法与途径有多种，结合物质的物理特性，从探测光中提取所需的信息，去除不利因素。具体可利用高阶量子相干效应进行光场振幅、位相等量子信息的检测分离。
权利要求
1.一种量子相干光学合成孔径方法，其特征在于它采用主动式合成孔径探测法，该方法包括1).发射(1).选择探测光源以激光作光学雷达的探测源；(2).进行量子编码对探测光波进行量子编码；(3).选择探测光束采用探测光波偏振化方向的探测光束；(4).发射采用点、线或带扫描方式之一；2).接收反射波多个单元孔径光学系统接收从同一被探测物体的反射波，各单元获得载有位置、强度及与物体调制的含位相的光波信息；(1).接收采用阵列接收方式接收反射波信息；直接由位置、强度信息复合成图像获取经典物理信息；由量子器件检测量子位相信息；(2).确定量子相干的方法采用量子系统动力学演化过程及在量子相干作用下的演化方式；采用不定长度的量子编码获取量子信息；3).进行分离提取对每一单元中获得的光波信息进行分离提取；(1).分离出经典物理信息直接将获得的载有位置、强度的光波信息合成为光学图像而得到；(2).分离出量子信息是运用量子相干效应，由量子器件检测分离出光波量子位相信息。
2.如权利要求1所述的量子相干光学合成孔径方法，其特征在于所述的经典物理信息是将获得的载有位置、强度的光波信息转换成电信号作后处理，再复合成图像而得到。
3.如权利要求1或2所述的量子相干光学合成孔径方法，其特征在于所述的对每一单元中获得的光波信息进行分离提取时，经典物理信息和量子信息单独分离出来，分别进行分离提取。
4.如权利要求3所述的量子相干光学合成孔径方法，其特征在于所述的由量子器件检测分离出光波量子位相信息的途径是结合物质的物理特性，从探测光中提取所需的信息，去除不利因素。
5.如权利要求4所述的量子相干光学合成孔径方法，其特征在于所述的从探测光中提取所需的信息，去除不利因素是利用高阶量子相干效应进行光场振幅、位相量子信息的检测分离。
6.如权利要求4所述的量子相干光学合成孔径方法，其特征在于所述的选择探测光束还包括选择光束束宽或波束发射形式。
7.如权利要求6所述的量子相干光学合成孔径方法，其特征在于所述的接收反射波信息方式是在获取载有位置、强度信息反射波的同时，得到对应的位相信息。
8.如权利要求7所述的量子相干光学合成孔径方法，其特征在于所述的运用量子相干效应，由量子器件检测分离出光波量子位相信息是在微弱条件实现，并对所需量子信号进行放大。
9.如权利要求8所述的量子相干光学合成孔径方法，其特征在于所述的微弱条件是指单光子量级条件下。
全文摘要
一种量子相干光学合成孔径方法，该方法包括1]发射，即选择探测光源，进行量子编码；选择探测光束。2]接收反射波，多个单元孔径光学系统接收从同一被探测物体的反射波，各单元获得载有位置、强度及与物体调制的含位相的光波信息；3]对每一单元中获得的光波信息进行分离提取，分离出经典物理信息和量子信息。本发明解决了背景技术分辨率低，难于突破、提高的技术问题。本发明不仅在对地遥感领域中多了一种全新的技术手段与方法，而且基于此研制的仪器还将具有构造简单、装置轻小、分辨精度高等优点。
文档编号G01S17/89GK1553216SQ0310807
公开日2004年12月8日 申请日期2003年5月26日 优先权日2003年5月26日
发明者田维坚, 刘正东, 赵葆常, 相里斌, 张薇, 武强 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所