[发明专利]激光本振红外光谱正交基线干涉成像方法及系统

说明书

一种激光本振红外光谱正交基线干涉成像方法，包括以下步骤：采用波长可步进调谐激光本振，通过激光本振实现两个望远镜红外信号相位的正确传递，红外信号通过与激光本振信号混频，在电子学射频段进行红外信号的光谱选通和窄带滤波，细分红外光谱；设置3个三角正交布局的望远镜，实现正交基线干涉成像观测结构；采用激光本振阵列探测器，实现红外光谱干涉成像；红外光谱干涉成像信号处理流程中，在光电探测模数采样后进行干涉成像信号处理。本公开设置折反镜可实现较大的观测视场，采用压缩光路减少像方折反镜的尺寸；采用子口径拼接技术，可减小孔径渡越的影响；以谐衍射方式增大薄膜镜厚度，增加其台阶数，减小其台阶宽度，可实现焦距减少。

技术领域

本公开涉及射电望远镜、合成孔径激光雷达SAL(激光SAR)、信号处理和红外探测技术领域，具体涉及一种激光本振红外光谱正交基线干涉成像方法及系统。

背景技术

目前国际上著名的地基大口径望远镜包括：10m级的甚大望远镜(VLT)，凯克望远镜(Keck)，双子望远镜(Gemini)等；5m级的多镜面望远镜(MMT)，南非光学望远镜(SOAR)，海尔望远镜(Hale)等。著名的天基望远镜就是2.4m级哈勃望远镜，以及即将发射的6.5m级詹姆斯韦伯望远镜。

基于两个(或多个)望远镜长基线干涉成像方法，可等效实现口径为基线长度望远镜的分辨率，这种高分辨率成像能力使其具备重要的应用价值，其原理也可用光学合成孔径成像概念来解释，目前已投入巨资发展相关技术。

实际应用情况表明，传统红外波段干涉成像观测技术尚不成熟，多数望远镜还是要靠增大望远镜口径的方法来提高自身分辨率，目前30m级望远镜(TMT)正在建造之中。

与此同时，新的红外波段干涉成像观测方法一直也在深入研究中。借助于激光本振，2000年加州大学伯克利分校团队在10μm红外波段利用光电外差探测，将红外干涉处理转至电子学射频段，在威尔逊山上通过长基线干涉实现恒星角直径测量，这种红外空间干涉成像原理，已明确类似于射电望远镜。

用于天文观测的射电望远镜得到了广泛的应用，为提高灵敏度通常设置本振并实施外差相干探测，分单孔径和综合孔径两种形式。

目前世界上最大的单孔径射电望远镜就是我国的建设在贵州的FAST，即500m口径球面射电望远镜。为实现更高灵敏度(对应接收面积)，更高分辨率(对应口径尺寸)，射电干涉综合孔径技术得到了快速发展和实际应用，典型的系统如欧洲的VLBI网、美国的VLBA阵、荷兰LOFAR阵以及中国密云、天山、明安图的综合孔径射电望远镜。

干涉综合孔径射电望远镜的基本原理是：用相隔两地的两架射电望远镜接收同一天体的无线电波，两束波信号进行干涉，其等效分辨率最高可以等同于一架口径相当于两地之间距离(基线长度)的单口径射电望远镜。其发明者赖尔因为此获得1974年诺贝尔物理学奖。综合孔径射电望远镜的核心是干涉，其灵敏度取决于各个天线的总接收面积，空间分辨率则取决于观测中所用的最长基线，从而实现了空间分辨率与灵敏度指标的分离，极大地提高了射电望远镜的空间分辨率。要特别说明的是，甚长基线干涉技术(Very LongBaseline Interferometry，VLBI)，在射电天文中占有重要地位。

为实现有效的干涉处理，射电望远镜均采用相干探测体制，本振和相干探测器的设置，可保证不用望远镜间信号相位的正确传递。射电望远镜也可看作是一个外辐射源雷达探测系统，雷达信号外差相干探测接收、匹配滤波和相关处理的很多方法，应能在其中得到应用。

激光信号相干性的提高，已使合成孔径激光雷达SAL(也称激光SAR)和逆合成孔径激光雷达ISAL(也称激光ISAR)的技术实现成为可能。对相干体制激光雷达，利用合成孔径成像技术，在较小的光学孔径条件下，可对远距离目标实现高分辨率成像。近年来激光SAR技术研究已成为热点并取得重要进展。