[发明专利]一种空间反射型光学遥感器主镜面形畸变探测方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及反射型光学成像系统主镜面形畸变的探测技术，尤其是指一种空间反射型光学遥感器主镜面形畸变的探测方法及系统。

背景技术

随着空间科学技术的发展，空间光学遥感器在地面信息获取中发挥着越来越重要的作用，例如：可以利用空间光学遥感器进行森林火灾预警、气象预报、农作物监测，尤其是进行航天侦察等等。空间光学遥感器具有监察范围广、分辨率高、实时性强等优点，是现代化、高性能、不受领土限制的航天监察工具，已经成为各个国家竞相发展的航天项目。

在实际应用中，由于重力场、温度场的不稳定等因素会导致空间光学遥感器的主镜面形产生畸变，进而造成空间光学遥感器的分辨力和测量精度下降，影响获取数据的精确度和准确性，因此，对重力场、温度场等因素导致的主镜面形畸变进行探测并依据探测结果进行面形校正或者数据处理以尽量恢复应有的分辨力是非常有必要的。

目前，对空间光学遥感器的主镜面形畸变探测，最主要的方法是选取适当的信标对空间光学遥感器进行波前探测。但是，在选取信标的时候，既要考虑到外界环境因素对空间光学遥感器的影响，还要考虑所选信标的体积、能源消耗、所能提供的信噪比，以及所选信标的隐蔽性等，可见，选择合适的信标并不容易。

迄今为止，探测空间光学遥感器的主镜面形畸变时，所选取的信标主要是自然星信标、激光导星信标、扩展信标及机内信标。

采用自然星信标(周仁忠，阎吉祥，俞信，赵达尊，曹根瑞编著的《自适应光学》，北京，国防工业出版社，1996)时，选取空间自然星发出的光波到达空间光学遥感器时的平面波前作为测量基准，通过探测遥感器主镜反射光波的波前形状来推算主镜的面形畸变。由于作为空间光学遥感器载体的航天器在环绕地球运行时，空间光学遥感器的视轴往往也在转动，所以另外需要一个搜索跟踪机构使遥感器的视轴锁定在自然星方向上，使得整个探测结构比较复杂；更严重的是，采用自然星作为信标不适合空间光学遥感器在对地观测时使用，这是因为地球将遮挡来自自然星的光波。

利用激光导星作为信标时，如果激光器安装在地面(Foy.R，Labeyrie.A，Feasibility of adaptive telescope with laser probe[J]，Ast.Astrophy，1985，152：129-131)，则遥感器的工作地区将严重受限；如果激光器安装在遥感器上(B.K.Mc Comas，E.J.Friedman，Wavefront sensing for deformable space-based opticsexploiting natural and synthetic guide stars[J]，Opt.Eng，2002，41(8)：2039-2049)，则需要附加激光器，以激光在空气中的散射光波波前作为测量基准。除了需要有较复杂的附加结构及不易实现的能源供应之外，还存在隐蔽性不良的问题—遥感器向大气中间层发射激光形成信标的同时，该激光也将穿过大气层而射向地面，这部分光不仅将造成背景噪声，而且易被地面发现。

扩展信标(T.R.Rimmele，Solar Adaptive Optics[J]，Proc.SPIE，2000，4007：218-231)选取大面积区域的被观察物本身作为信标，然后利用波前传感器进行波前探测，通常是利用哈特曼—夏克波前传感器(Genrui Cao and Xin Yu，Study on the Hartmann-Shack wavefront sensor[J]，Proc.SPIE，1992，1752：112-119)进行波前探测。但它需要亮度足够大的扩展信标，如太阳表面，而应用于空间对地观测时将受到诸多客观条件的限制，例如地面目标的纹理结构是否丰富、反射率是否足够大、太阳对地面的照射角度、以及地面气候、能见度等的限制，使得在许多情形中因探测信噪比不足而无法实现波前探测。

机内信标(曹根瑞，朱秋东，苏鹏，一种新型的自基准哈特曼波前传感器[J]，光电工程，2004，31(6)：1-4)是利用设置在主镜外部的可作扫描运动的五棱镜对由系统内部的点光源装置在主镜镜面面形发生畸变前后所发出的光波在不同位置处进行采样测量，以获得光波斜率变化，从而推导出主镜面形的畸变分布。该方法因将信标设置在系统内部而使探测基本不受客观条件限制，对能耗要求也比较低。但是该方法需要在主镜外部设置不小于主镜口径的机械扫描装置，结构较为复杂，重量较大，且因采用时序扫描而使探测时间延长，不很适合于空间光学遥感器。