地基光学成像是对空间目标进行探测识别的重要手段。本文分析了近十几年间建立的用于天文观测的巨型望远镜设备不能对地球同步轨道(Geostationary Earth Orbit,GEO)目标进行高分辨率观测的主要原因: 除大气湍流对成像质量的影响和分辨率的限制外, 还有GEO目标尺寸和目标亮度昏暗问题。因此需要引入非传统成像技术解决上述问题。 本文研究了几种采用激光照明的非传统光学成像方法, 具体分析论证了稀疏孔径成像、强度相关成像、剪切光束成像和傅立叶望远术等光学成像技术, 阐述了各成像技术的优势与局限性, 分析了几种方法对GEO暗弱目标高分辨率成像的应用前景。

多光束激光相干场成像技术突破传统概念，采用微小频移的光束组两两干涉提取目标的傅里叶分量，通过目标频谱傅里叶逆变换获得目标高分辨率图像。该技术仍处于实验室原理验证向实体阵列过渡的研究阶段。在这一过程中多种影响因素对成像质量产生着影响。其中发射阵列的孔径位置误差分布规律以及控制范围一直缺乏较为系统的理论支撑。从傅里叶望远镜发射阵列的光场传输特性入手，分析了在基线不同位置引入孔径误差时对成像质量的影响。并分析出孔径位置精度的要求与分布规律，同时针对这一分布规律提出了孔径位置的相对误差精度，计算机仿真分析得出相对误差精度应控制在5%以内不影响成像质量。该研究为傅里叶望远镜发射阵列的设计与装调提供了理论依据，为傅里叶望远技术的工程化实现奠定一定的理论基础。

为解决激光相干场成像系统探测器噪声相对总噪声的定量化占比估计问题, 分析探测器噪声是否为主要噪声源, 提出一种探测器噪声占比权重定量化分析计算方法.基于光电子统计方法得到系统信噪比方程, 并引入信噪比中间参数估计方程, 建立了探测器噪声相对总噪声的占比权重定量化计算模型.结合理论分析与实验测量进行验证, 结果表明: 针对构建的相干场成像实验系统, 探测器噪声占比权重达52%, 进一步分析可知实验在大气相对宁静的夜晚进行, 系统受背景光噪声和湍流噪声影响小, 探测器噪声是主要噪声源.所提方法可有效估算探测器噪声占比权重, 具有便捷、高效的特点, 可用于实际相干场成像系统探测器噪声定量化评估测量分析.

傅里叶望远镜发射系统的性能直接影响图像的分辨率和质量。分析了激光器的参数和性能要求，提出了光纤激光器的设计要点,并指出激光相干长度应至少为光程残差的1.6倍；对激光器的功率和频率稳定性进行了仿真，从设计、算法和使用角度给出了保证激光器稳定性的一些方法；而且结合仿真和实验结果，从发射孔径布局、孔径数量、位置精度和光束瞄准误差等方面，分析了发射器性能对成像质量的影响。指出了基线冗余度、图像分辨率、目标频谱分布和图像质量等因素在布设发射阵列应综合考虑。基于二维抽样定理和统计分析结果，得出计算发射孔径数量的公式，计算了傅里叶望远镜对1000 km 低轨道目标达到5 cm 分辨率时所需的发射孔径数目。此外，还得出发射孔径位置误差应小于最小孔径间距的5%的结论。

为避免傅里叶望远镜重建图像压缩变形，依据激光发射孔径间距，提出了重建图像时矩阵行、列数间应满足的关系；为评价仿真或实验的成像效果，依据发射孔径间距和原目标图像矩阵大小，确定重建图像矩阵规模的具体大小。严格推导逆离散傅里叶变换在傅里叶望远镜中实现图像重建的过程，分析了其中所隐含的发射孔径间距和重建图像矩阵规模间的数量关系，得出两个限定关系公式。仿真和实验结果表明这两个公式可分别保证图像轮廓不产生畸变、重建目标矩阵与原始目标矩阵规模相同。

傅里叶望远术是一种能对深空暗弱目标进行高分辨率成像的技术.为了验证大气湍流对傅里叶望远镜系统的影响，进行了实验室环境下大气湍流模拟实验研究.在三束光傅里叶望远镜实验系统上，通过控制射频驱动器的输出功率来模拟光强抖动，改变射频驱动器的瞬时频率来模拟相位抖动.给出了实验理论依据，推导了湍流强度与实验变量的关系.实验在弱湍流闪烁和相位抖动两种情况下，分别给单束光和三束光加随机扰动并计算其Strehl比.结果表明，只在单束光上加扰动时重建图像影响不大;在三束光上加扰动时，弱湍流光强抖动对傅里叶望远镜系统的成像效果影响具有较大的随机性，而相位抖动会严重影响系统成像质量.因此，消除光强抖动和相位抖动影响是图像重建算法改进应该考虑的一个关键因素.

斯特列尓比通常被作为评价傅里叶望远镜成像质量的方法.该方法通过求得复原图像与理想图像的相关度来评价成像质量，主要用于计算机仿真分析.然而，在真实环境中往往因为不能预知被测目标的形貌特征，使斯特列尓比像质评价方法失去作用.本文针对实验室内傅里叶望远镜成像数据，采用了两种不需要参考图象对比的方法：灰度平均梯度法和拉普拉斯梯度模法描述复原图像包含细节信息的程度，分析了非参照图像评价方法的可行性.对同一复杂程度的目标，分别利用计算机仿真及室内实测数据成像，分析灰度平均梯度法、拉普拉斯梯度模法与斯特列尓比描述成像质量的一致性.结果表明，分析灰度平均梯度法、拉普拉斯梯度模法这样的评价与斯特列尓比评价趋势一致，证明了分析灰度平均梯度法、拉普拉斯梯度模法无参照评价方法用于分析与评价傅里叶望远镜图像质量的可行性.

能量设计技术是傅里叶望远镜的关键技术之一。分析了激光的大气传输效应及其对激光束能量的影响。根据上行和下行链路的能量传输，推导出一种傅里叶望远镜系统激光总能量计算方法，给出了相应的适用条件。同时，还提出一种基于辐射理论的快速能量估算方法，并用其估算了傅里叶望远镜探测1000 km低轨道目标所需发射器总能量。指出了发射器能量不均衡对成像质量的影响并进行了仿真，得到发射器阵列各光束强度差别须小于5% 的结论。从大气透射率、激光出射孔径、光束准直、发射方案、散斑效应、接收技术和图像重构技术等方面，提出了减少能量损失应采取的设计理念和措施。

基于一种利用光测图像获取目标空中飞行姿态的方法，对高速电视获取的目标图像进行预处理的问题进行了研究，检验了姿态获取方法的可行性．人工模拟目标的试验结果证明了该图像处理方法的高准确度、有效性和易实现自动化等特点，为姿态获取方法的实际应用提供了依据．