大气湍流对关联成像性能影响的仿真研究

论文摘要

关联成像具有物像分离、抗噪性能强、光源要求低和单像素成像等诸多优势,因此被广泛应用于各个领域。但在实际应用的过程中,该种成像方式同样会受到大气环境的干扰,如大气湍流等。因此研究大气湍流环境中的关联成像有助于关联成像投入实际应用当中,具有十分重要的现实意义。本文首先利用谱反演的数值模拟方法构造了大气湍流相位屏,将构造的大气湍流相位屏嵌入关联成像系统模型中,进行大气湍流环境下关联成像的全链路仿真。研究表明基于Tatarskii功率谱反演下构造的大气湍流相位屏与理论值最为符合;随着湍流强度的增加光束质量劣化严重。仿真结果也验证了信号光路上光源到物体的发射路径上的湍流对成像性能的影响远强于物体到探测器的接收路径上的湍流影响。其次进行了大气湍流对关联成像性能影响的仿真研究,包括分辨率和对比噪声比两个性能参数。仿真结果表明随着湍流强度的增大,关联成像的成像质量明显下降,对比噪声比也随之快速降低,特别在强湍流区,下降速度明显增加。随着湍流强度的增大,图像分辨率也明显恶化,在Cn2（28）2.5?10-41m-23的中强的湍流情况下,图像已难以分辨。最后,根据构建大气湍流中关联成像模型的参数对成像性能进行优化,基于三种功率谱的大气湍流相位屏,结合三种统计分布的散斑场构造了九种大气湍流环境下关联成像的仿真模型。研究表明基于Kolmogorov功率谱仿真大气湍流并用负指数分布的散斑作为关联成像的光源的仿真模型使得成像的对比噪声比最大。给出了六种散斑光源的颗粒尺寸对关联成像分辨率的影响。研究结果表明光源的散斑尺寸对关联成像分辨率的影响并非单调的,因此选择合适的散斑大小对提高成像的性能至关重要。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 游晓鹤

导师: 靳辰飞

关键词: 关联成像,大气湍流,全链路仿真,性能优化

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 力学

单位: 哈尔滨工业大学

分类号: O357.5

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.004145

总页数: 62

文件大小: 5027K

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