本发明涉及空间阵列干涉光学成像装置，具体涉及一种合并光路干涉成像实验装置及图像重建方法。
背景技术：
1、光子集成阵列干涉成像技术是一种结合光学干涉成像原理和光子集成技术的新型高集成度探测技术，该技术利用光子集成芯片代替传统成像中的传感器，显著降低了成像系统的体积、重量、功耗。目前该技术还处于理论研究阶段，成像系统并未投入实际的工程应用。
2、目前在光子集成阵列干涉成像方面有诸多理论研究，然而这些理论研究大多止步于仿真，未能做进一步的成像实验验证。2013年，kendrick等人在kendrick,r.,duncan,a.,wilm,j.et al.flat panel space based space surveillance sensor[c].in advancedmaui optical&space surveillance technologies conference.2013.中使用光纤器件搭建了一条长基线来取得目标的空间频率，首次验证了单频采样的可能性。然而实际的成像系统中往往有几十上百条的基线，基线数量的增加是否会影响系统成像的质量，实际成像时测量的数据与理论仿真时相比存在多大的误差，诸多问题有待进一步的实验验证。
技术实现思路
1、本发明的目的是解决现有阵列干涉成像实验装置只能进行单频采样的技术问题，而提供一种合并光路干涉成像实验装置及图像重建方法。
2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
3、一种合并光路干涉成像实验装置，其特殊之处在于：包括依次安装并位于同一光轴的激光器、激光准直器、靶标和光纤准直器阵列，以及2n个光开关、两个光纤合束器、光纤耦合器组、四个光探测器和控制器，其中，n为大于等于2的整数；
4、所述激光器用于产生光信号，所述激光准直器用于对光信号进行准直，并照射靶标；
5、所述光纤准直器阵列用于汇聚经过靶标的光信号，包括2n个光纤准直器组件；2n个所述光纤准直器组件分为两组，每组呈直线排列，两组光纤准直器组件在平行于靶面的竖直平面内呈垂直分布，位于相交点的光纤准直器组件位于靶标的主光轴，并且每个光纤准直器组件对应靶标频域分布的一个空间频率；
6、所述光纤合束器具有n个输入端和一个输出端，2n个所述光纤准直器组件平均分为两组，每组内n个光纤准直器组件的输出端分别与一个光纤合束器的n个输入端通过光纤对应连接；
7、所述光开关与光纤准直器组件一一对应，安装在光纤准直器组件与光纤合束器之间的光纤上，用于选通光纤准直器组件；
8、所述光纤耦合器组用于分光和干涉，具有两个输入端和四个输出端，两个输入端分别与两个光纤合束器的输出端通过光纤连接，四个输出端分别与四个光探测器的输入端通过光纤连接；
9、所述光探测器的输出端与控制器电连接，光探测器用于将光信号转换为电信号，控制器用于采集电信号，并对其进行分析处理。
10、进一步地，所述光纤耦合器组7包括两个1×2光纤耦合器和一个2×2光纤耦合器；
11、一个所述1×2光纤耦合器的输入端与一个光纤合束器的输出端连接，其一个输出端与2×2光纤耦合器的其中一个输入端连接，另一个输出端与一个光探测器的输入端连接；
12、另一个所述1×2光纤耦合器的输入端与另一个光纤合束器的输出端连接，其一个输出端与2×2光纤耦合器的另一个输入端连接，另一个输出端与一个光探测器的输入端连接；
13、所述2×2光纤耦合器的两个输出端分别与其余两个光探测器的输入端连接。
14、进一步地，所述光纤准直器组件包括调节机构和安装在调节机构上的光纤准直器；
15、所述调节机构用于调节光纤准直器的位置和姿态，使其对应靶标频域分布的一个空间频率，调节机构包括六维组合平移台、安装在六维组合平移台上的促动器，以及安装在促动器上的镜架；
16、所述六维组合平移台用于对光纤准直器进行粗调；
17、所述镜架上安装光纤准直器，镜架用于与促动器配合，对光纤准直器进行精调；
18、所述光纤准直器与对应光纤合束器的一个输入端连接。
19、进一步地，所述光探测器为光功率计，光功率计包括功率探头和功率能量计表头；
20、所述功率探头的输入端与光纤耦合器组的一个输出端连接，输出端与功率能量计表头的输入端连接；所述功率能量计表头的输出端与控制器电连接。
21、进一步地，还包括光学隔震平台，所述激光准直器、靶标、光纤准直器阵列、光开关、光纤合束器、光纤耦合器组和光探测器设置在光学隔震平台上。
22、进一步地，所述光开关为光纤光开关、电子快门或者手动开关。
23、一种合并光路干涉图像重建方法，采用上述的一种合并光路干涉成像实验装置，其特殊之处在于，包括以下步骤：
24、步骤1、调节光纤准直器组件的位置和姿态，使每个光纤准直器组件4对应靶标图像频域分布的一个空间频率；
25、步骤2、分别在与同一个光纤合束器连接的一组光纤准直器组件内选择至少一个光纤准直器组件，组成光纤准直器组，打开其对应的光开关，使光纤准直器组选通；
26、步骤3、打开激光器，产生光信号，光信号经过激光准直器准直后照射靶标，形成带有靶标图像信息的光信号，之后依次通过光纤准直器组、光纤合束器，形成两路带有靶标图像信息的光信号进入光纤耦合器组；
27、步骤4、两路带有靶标图像信息的光信号在光纤耦合器组中分别被分为输出光信号和干涉光信号，两路输出光信号分别直接输出到两个光探测器中，形成两路输出光测量信号；两路干涉光信号在光纤耦合器组内进行干涉后，分为两路分别输出到另外两个光探测器中，形成两路干涉光测量信号；之后两路输出光测量信号和两路干涉光测量信号分别通过光探测器转换为电信号被控制器接收并记录，获得一组测量信号；
28、步骤5、重复步骤2-步骤4，选择不同的光纤准直器组，获得至少10组测量信号；
29、步骤6、根据选择的光纤准直器组，计算其对应的基线长度，进而计算其对应的空间频率点坐标；
30、步骤7、在每组测量信号趋于稳定的波形上，至少取100组测量数据，对其取平均值，获得最终测量数据；
31、步骤8、选取干涉光测量信号差距最大的一组最终测量数据，并在其上选择干涉光测量信号差距最大的时间点作为计算点，计算光能量损耗率ρloss和相干光部分在总光强中的占比ρ；
32、步骤9、根据光能量损耗率ρloss和相干光部分在总光强中的占比ρ，计算每组光纤准直器组基线对应的空间频率点的振幅和相位；
33、步骤10、将每组最终测量数据基线对应的空间频率点的振幅和相位带入步骤6得到的空间频率点坐标，通过傅里叶反变换，得到靶标3的重建图像。
34、进一步地，步骤2具体为：分别在与同一个光纤合束器连接的一组光纤准直器组件内选择一个光纤准直器组件，组成光纤准直器组，打开其对应的光开关(6)，使光纤准直器组选通。
35、进一步地，步骤9具体为：
36、9.1、根据两路输出光测量信号的最终测量值，通过以下公式计算光纤准直器组输出的带有靶标图像信息光信号的振幅：
37、
38、
39、其中，a1、a2分别为光纤准直器组输出的两个带有靶标图像信息光信号的振幅，p1、p2分别为两路输出光测量信号的最终测量值；
40、9.2、通过以下公式计算光纤准直器组基线对应的空间频率的振幅a：
41、
42、9.3、根据步骤8得到的光能量损耗率ρloss和相干光部分在总光强中的占比ρ，通过以下公式分别计算最终测量数据的相干光能量：
43、p1相＝p1*(1-ρloss)*ρ
44、p2相＝p2*(1-ρloss)*ρ
45、i1相＝i1-(i1+i2)*(1-ρ)/2
46、i2相＝i2-(i1+i2)*(1-ρ)/2
47、其中，i1、i2分别为两路干涉光测量信号的最终测量值，p1相、p2相分别为两路输出光测量信号的相干光能量值，i1相、i2相分别为两路干涉光测量信号的相干光能量值；
48、9.4、通过以下公式计算光纤准直器组的基线对应空间频率的相位
49、
50、进一步地，步骤8中，所述光能量损耗率ρloss通过以下公式计算：
51、ρloss＝(p1+p2-i1-i2)/(p1+p2)
52、所述相干光部分在总光强中的占比ρ通过以下公式计算：
53、(p1+p2)*(1-ρloss)*ρ＝(i1+i2)*ρ＝i1-i2。
54、与现有技术相比，本发明具有的有益技术效果如下：
55、本发明提供的合并光路干涉成像实验装置，在单频采样的基础上，通过阵列排布的光纤准直器和光纤耦合器组实现干涉测量，可以对多条基线采集到的频率信息进行采集和恢复，从而可以验证增加基线数量对系统成像质量的影响、实际成像数据与理论仿真的误差等诸多问题。本发明提供的合并光路干涉图像重建方法，可以通过采集目标频谱信息实现二维光栅图像的重建。本发明提供的实验装置及其在实验中使用的方法为该实验装置的工程应用提供了指导和方向。
1.一种合并光路干涉成像实验装置，其特征在于：包括依次安装并位于同一光轴的激光器(1)、激光准直器(2)、靶标(3)和光纤准直器阵列，以及2n个光开关(5)、两个光纤合束器(6)、光纤耦合器组(7)、四个光探测器(8)和控制器(9)，其中，n为大于等于2的整数；
2.根据权利要求1所述的一种合并光路干涉成像实验装置，其特征在于：所述光纤耦合器组(7)包括两个1×2光纤耦合器和一个2×2光纤耦合器；
3.根据权利要求1或2所述的一种合并光路干涉成像实验装置，其特征在于：所述光纤准直器组件(4)包括调节机构和安装在调节机构上的光纤准直器；
4.根据权利要求3所述的一种合并光路干涉成像实验装置，其特征在于：所述光探测器(8)为光功率计，光功率计包括功率探头和功率能量计表头；
5.根据权利要求4所述的一种合并光路干涉成像实验装置，其特征在于：还包括光学隔震平台，所述激光准直器(2)、靶标(3)、光纤准直器阵列、光开关(5)、光纤合束器(6)、光纤耦合器组(7)和光探测器(8)设置在光学隔震平台上。
6.根据权利要求5所述的一种合并光路干涉成像实验装置，其特征在于：所述光开关(6)为光纤光开关、电子快门或者手动开关。
7.一种合并光路干涉图像重建方法，采用如权利要求1-6任一所述的一种合并光路干涉成像实验装置，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种合并光路干涉成像重建方法，其特征在于，步骤2具体为：分别在与同一个光纤合束器(6)连接的一组光纤准直器组件内选择一个光纤准直器组件(4)，组成光纤准直器组，打开其对应的光开关(6)，使光纤准直器组选通。
9.根据权利要求8所述的一种合并光路干涉图像重建方法，其特征在于，步骤9具体为：
10.根据权利要求9所述的一种合并光路干涉图像重建方法，其特征在于，步骤8中，所述光能量损耗率ρloss通过以下公式计算：
