[发明专利]Golay结构多镜面望远镜系统的仿真方法

说明书

技术领域

本发明属于空间遥感领域，特别涉及一种高分辨率光学遥感系统的仿真方法。

背景技术

空间望远镜系统所需的分辨率越高，则其口径需设计制造得越大。随着空间事业的不断发展，空间望远镜的口径被设计得越来越大。但将空间望远镜的口径不断增大使得整个空间望远镜系统的重量、体积、制造和检测难度都急剧增加，制造和发射成本显著增高，当口径大到一定程度时，当前的技术无法制造。稀疏孔径成像系统是为解决大口径、高角分辨率望远镜的制造问题而提出的一种新型方案，这种空间望远镜系统是以多个较易制造的小口径系统按一定方式排列在一起合成为一个光学成像系统来替代全孔径成像系统，具有与全孔径成像系统相同的分辨本领，但它的重量更轻，成本更低，具有非常广阔的发展前景。

实际可用的稀疏孔径成像系统大多采用由多个反射镜组成的反射式或折反式结构，在具体应用上有2种形式，分别为多镜面望远镜系统(Multiple-mirrortelescopes，MMT)和多望远镜望远镜系统(Multiple-telescope telescopes，MTT)两种类型。多镜面望远镜系统也称共次镜望远镜系统，是在一个反射式望远镜的基础上使用多个更小的子镜来代替原来整块大的反射镜，这些子镜的外接圆直径等于原来主镜的口径。多望远镜望远镜系统是将多个小口径的子望远镜按规则排列组合成一个大口径的成像系统，通过相干叠加各个子望远镜的成像光束，获得整个系统所成的像。稀疏孔径子孔径的排列结构主要有环形、Golay和三臂等多种结构，其中Golay结构被认为非冗余性较高，采用Golay结构的稀疏孔径成像系统的系统性能较好。

Golay结构是1971年由Golay提出的一种非冗余结构，子镜的数目是3的倍数。设子镜的数目M=3N，其中N为自然数，根据子镜的个数称为GolayM结构。对于Golay3结构，三子镜顶点到全孔径反射镜中心轴的距离相等，子镜顶点到中心轴的垂线相互之间的夹角为120度，三个子镜存在一个外接圆，外接圆口径等于全孔径反射镜的口径。GolayM结构可看作由N个Golay3结构组成，每个Golay3结构具有不同的外接圆，它们绕中心轴旋转了不同的角度。

目前，国内主要以理想光学系统模型为基础研究稀疏孔径成像系统，并不考虑光学面的曲率，这类研究结果与实际使用时存在差异，结合实际使用因素的多镜面望远镜系统的研究更为重要。同时，由于在制造和安装等过程中，多镜面望远镜系统中各个子镜的位置可能偏离其理想位置，光学面的曲率半径也会因此产生误差，多望远镜结构的稀疏孔径成像系统中各子望远镜的位置也可能偏离其理想位置，这些误差均有可能对系统成像的像质产生影响。目前国内外尚未见针对具有上述影响的多镜面望远镜系统开展研究的公开报道。

发明内容

针对现有技术中高分辨率光学遥感系统的仿真方法，本发明提供一种Golay结构多镜面望远镜系统的仿真方法。

本发明的技术方案是：

Golay结构多镜面望远镜系统的仿真方法，具体步骤如下：

步骤一、将所有子镜分成N个Golay3结构三子镜组。所谓Golay3结构三子镜组是指可组成Golay3结构的三个子镜所构成的一个组合，它由三个子镜组成，每个子镜顶点到主镜中心轴的距离相等，子镜顶点到中心轴的垂线相互之间的夹角为120度，三个子镜存在一个外接圆，外接圆所在的反射镜镜面区域是一个球冠，该球冠的顶点为该Golay3结构三子镜组的顶点，定义该外接圆的直径为该组的口径，称经过顶点与主镜垂直的直线为该组的中心轴。当N=1、2、3……等时，分别仿真Golay3、Golay6、Golay9……GolayM等结构多镜面望远镜系统，M=3N。

然后在Golay结构多镜面望远镜系统上建立坐标系。具体步骤为：

步骤(1)建立XYZ坐标系，取需被设计成Golay结构的反射镜顶点为原点，反射镜中心轴即光轴取为Z轴，正方向沿0度视场主光线的传播方向，X轴，Y轴与Z轴相互垂直，构成右旋坐标系。