空间目标偏振探测与识别技术研究

论文摘要

由于空间背景复杂、杂光较多,传统光电探测技术受到较大影响的问题,本文提出基于微偏振片阵列的偏振成像望远光学系统。针对空间目标偏振探测中光电望远系统会产生偏振效应的问题,基于偏振成像理论,推导出反射、折射、折反式望远系统中穆勒矩阵解析表达式,构建了光学系统偏振效应模型,通过分析入射光偏振度、光线角度差等参量与出射光偏振度的解析关系,明确了光学元件入射角与折射角的差值控制在5.7°以内,可以有效减少光学系统对偏振度的影响。并根据空间目标偏振成像需求以及上述理论分析,设计了基于微偏振片阵列的卡式望远系统,实现了500km处成像分辨率为0.5m。在此基础上,针对入射光为部分偏振光时,折反系统中不同光瞳坐标的单根光线追迹结果难以表征整个系统偏振度全视场分布的问题,采用动态数据交换机制对设计的光学系统进行全视场、全口径光线追迹,得出反射和折射系统的四个斯托克斯矢量及偏振度全视场分布。同时分析金、银、铝三种材质的反射膜系对反射系统偏振度以及不同入射光偏振度对系统偏振效应的影响。研究结果表明,由于金属银复折射率中的折射率较小,镀银膜的卡式系统对入射光的偏振度影响也相对较小;随着入射光偏振度的提高,系统的偏振效应也会相应降低。通过上述理论研究,根据系统的偏振度全视场分布,通过像面任意视场及中心视场的偏振度即可标定出光学系统偏振效应,并据此反演出入射光偏振度,进而提高空间目标的成像对比度及识别能力。通过搭建原理验证装置,分析实验数据,验证方法可行性。同时也为标定光学系统全视场偏振特性提供理论基础与解决途径。

论文目录

摘要

ABSTRACT

第1章绪论

1.1 选题背景及研究目的意义

1.2 国内外发展现状

1.2.1 国外研究进展

1.2.2 国内研究进展

1.3 论文的主要工作及结构安排

第2章偏振探测理论基础

2.1 光的偏振特性

2.1.1 椭圆偏振光

2.1.2 圆偏振光与线偏振光

2.1.3 偏振光与自然光

2.2 偏振光描述方法

2.2.1 琼斯矢量法

2.2.2 斯托克斯矢量法

2.2.3 庞加莱球法

2.3 偏振特性的获取

2.3.1 偏振成像方法

2.3.2 反射光学系统的分类

2.4 本章小结

第3章光学系统偏振特性分析

3.1 偏振系统穆勒矩阵计算

3.1.1 金属表面反射光的穆勒矩阵

3.1.2 透镜折射光的穆勒矩阵

3.2 偏振度特性分析方法

3.2.1 单根光线偏振度特性分析

3.2.2 基于动态数据交换机制的全视场、全口径光线追迹方法

3.3 本章小结

第4章望远光学系统设计

4.1 望远光学系统方案

4.2 光学系统设计与优化

4.2.1 卡塞格林望远系统设计

4.2.2 中继系统的设计

4.2.3 折反式系统设计与优化

4.3 本章小结

第5章光学系统全视场全口径偏振特性分析

5.1 反射系统全视场全口径偏振特性分析

5.2 折射系统全视场全口径偏振特性分析

5.3 折反式系统全视场全口径偏振特性分析

5.4 光学系统偏振效应分析实验

5.5 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读学位期间论文与研究成果清单

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王稼禹

导师: 李英超

关键词: 偏振成像,偏振度,光线追迹,偏振效应,穆勒矩阵

来源: 长春理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 长春理工大学

分类号: O436.3

总页数: 75

文件大小: 4704K

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