基于光学干涉和相位调制技术的干涉探测方法用于提高搜索跟踪望远镜探测能力的研究

In order to effectively constrain the effect of skylight background on the detection capability of searching and tracking telescope and add to it the merits such as all-daytime, high star magnitude, we suggested the idea that the interferometric detection technique based on optical interference and optic field phase modulation was applied in searching and tracking telescope. This program would deeply analyze the improvement of detection capability and the key problems after the transplant. With the methods of theoretical analysis, numerical simulation and experimental verification, we would solve the two scientific problems: 1) the constraint conditions of the transplant; 2) the maximum of improvement on theory by the transplant. The result of this program would provide a new theoretical support to improve the detection capability of searching and tracking telescope and to expand the working time and sites of it.

为了有效抑制天光背景噪声对搜缩跟踪望远镜探测能力的削弱，使其具有全天时、高星等探测等优点，我们提出将基于光学干涉和光场相位调制的干涉探测技术应用于搜索跟踪望远镜的想法。本项目深入剖析将干涉探测技术引入搜索跟踪望远镜后对其探测能力的改善效果以及移植过程所遇到的关键问题。通过理论分析、数值仿真和实验验证，我们将解决申请书中所提出的两个科学问题：1)干涉探测技术应用在搜索跟踪望远镜中引入的约束条件；2)基于干涉探测技术的新型搜索跟踪望远镜的探测能力在理论上究竟有多大提升空间。该项目的研究成果将为提高搜索跟踪望远镜的探测能力以及拓展其工作时段和地点提供一种新颖的理论支持。

本项目完成基于电光调制和分波前干涉的干涉探测系统的理论分析和计算机仿真，指出该方案在原理上可实现优于传统直接探测系统的探测能力。验证了工作光谱范围在0.4μm-1.2μm内，可以形成白光干涉条纹；也验证了通过电光调制，可引起白光干涉条纹的周期性往复扫描。上述结论验证了利用干涉探测技术可以在可见光至近红外范围内产生周期性运动干涉条纹，这正是干涉探测的核心基础。. 梳理基于电光调制器的原方案存在的弊端，并提出基于剪切干涉的新方案的设计。完成基于剪切干涉的新方案的探测能力的仿真分析。.完成基于剪切干涉的新型探测方法与传统探测方法在探测能力上的初步定量比较。通过仿真分析，得出新型剪切干涉探测系统的输出信噪比明显优于传统光电探测系统的结论。当输入SNR=3时，传统系统刚能探测到目标，而新型系统则能轻松发现目标(输出SNR≈15)。当输入SNR=1时，传统系统难以发现目标，而新型系统则仍能较易发现目标(输出SNR≈6)。研究结果表明，新型剪切干涉探测系统更适合在白天强天光背景下(SNR≤1)对暗弱目标进行搜索发现。. 基于干涉探测技术的搜索跟踪望远镜可实现对天光背景噪声的有效抑制，克服传统搜索跟踪望远镜在白天可发现目标较少，无法实现对暗弱目标的有效捕获跟踪的缺点，从而获得在科学、灾难预测和军事等领域十分广阔的应用。我们可以在白天对遥远星系进行搜索和观测，发现夜间没有的奇特现象；也可以对轨道接近地球的小行星等不明飞行物进行24小时不间断光学搜索和跟踪，对于有可能碰撞地球的物体进行早期预警并且可实现位置、运动等特性的实时获取；还可以对现有雷达系统难以发现的飞越我国领空的中高轨外国间谍卫星和其它飞行器进行全天时监视，作为雷达的有效补充，维护我国的国家利益。