[发明专利]一种抑制星冕仪系统散斑噪声的波前误差校正系统及方法

权利要求书

1.一种抑制星冕仪系统散斑噪声的波前误差校正系统，星冕仪系统（20）前方放置望远镜光瞳（10），星冕仪系统（20）后方放置该校正系统，其特征在于，该校正系统包括第一透镜（1）、第一变形镜（2）、第二变形镜（3）、分束镜（4）、第二透镜（8）、像面探测器（9）、第三透镜（5）、第四透镜（6）、振幅探测器（7）以及处理器，其中：

所述第一透镜（1）置于星冕仪系统（20）的后焦面的后方光路中，第一变形镜（2）置于第一透镜（1）的透射光路中，第一透镜（1）用于将从星冕仪系统（20）出射的光线平行投射到所述第一变形镜（2）的反射面上；第二变形镜（3）位于第一变形镜（2）的后方光路中，并且第二变形镜（3）与望远镜的光瞳共轭；第一变形镜（2）对透射光线进行菲涅尔衍射后供第二变形镜（3）进行接收；所述分束镜（4）位于所述第二变形镜（3）的反射光路中，所述第三透镜（5）、第四透镜（6）和振幅探测器（7）依次排列在分束镜（4）的反射光路中，其中第三透镜（5）和第四透镜（6）的组合对从分束镜（4）反射的光束大小进行调整后投射到振幅探测器（7）的接收面上，振幅探测器（7）与第二变形镜（3）共轭，用于探测第二变形镜（3）上的光强分布；所述第二透镜（8）和像面探测器（9）依次位于分束镜（4）的透射光路中，其中第二透镜（8）将从分束镜（4）透射的光线成像在所述像面探测器（9）的接收面上；

所述处理器分别与第一变形镜（2）、第二变形镜（3）、振幅探测器（7）和像面探测器（9）相连：所述处理器根据从振幅探测器（7）接收的光强信息向第一变形镜（2）内的致动器输出控制电压信号，从而驱动第一变形镜（2）对波前振幅误差进行校正；所述处理器根据从像面探测器（9）接收的光强信息向第二变形镜（3）的致动器输出控制电压信号，从而驱动第二变形镜（3）对波前相位误差进行校正，从而使得振幅探测器（7）接收到的光强分布符合其所在的星冕仪系统（20）理想情况下的光强分布，最终在像面探测器（9）的暗洞区域内实现对星冕仪系统（20）散斑噪声的抑制。

2.一种基于权利要求1所述抑制星冕仪系统散斑噪声的波前误差校正系统的校正方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、设定评价函数J为第一变形镜（2）和第二变形镜（3）中各个致动器控制矢量u＝(u₁,u₂,...u_j,...,u_N)的函数，其中u_j为第一变形镜（2）或第二变形镜（3）中第j个致动器的控制电压，j∈(1,N)，N为致动器个数；

步骤二、校正系统进行初始化，处理器将第一变形镜（2）和第二变形镜（3）中各个致动器的控制电压设置为最大允许控制电压的中值u⁰；

步骤三、采用随机并行梯度下降法控制第一变形镜（2）的致动器校正波前振幅误差，具体步骤如下：

S300、选择评价函数：

如果星冕仪的理想瞳面光强分布为均匀分布，则采用振幅探测器（7）接收的实际瞳面光强分布I的起伏方差作为评价函数J，即有：J＝<I²>-<I>²；

如果星冕仪包含透过率渐变的光瞳切趾函数，则采用理论瞳面光强分布I′和振幅探测器（7）接收的实际瞳面光强分布I之差的均方值作为评价函数：J＝<I′-I>²；

S301、初始化后，处理器接收振幅探测器（7）采集到的一帧图像，并根据S300中选择的评价函数公式计算该图像的评价函数J₀⁰；

S302、令k表示迭代次数，则第k次的控制电压信号为u_k，首先设置k＝0；

S303、处理器对第一变形镜（2）中N个致动器产生服从伯努利分布的控制电压的扰动信号δu_k；

S304、将控制电压的扰动信号δu_k与致动器最大允许控制电压的中值u⁰相加，得到初次的控制电压信号u_k=δu_k+u⁰；

S305、处理器将控制电压信号u_k作用在对应的第一变形镜（2）的致动器上，然后处理器接收施加该控制电压信号u_k后所述振幅探测器（7）采集的一帧图像；

S306、计算S305采集的图像的评价函数J_k，进而计算评价函数的扰动值δJ_k＝J_k-J₀⁰；

S307、计算下一次的控制电压信号：u_k+1＝u_k-μδJ_kδu_k，其中μ为增益系数；

S308、处理器将控制电压信号u_k+1施加到第一变形镜（2）对应的致动器上，然后计算施加本次控制电压信号后，振幅探测器（7）得到的评价函数值J_k+1，并判断该评价函数值J_k+1与上一次迭代后的评价函数J_k的差的绝对值是否小于预定的阈值，如果是，则停止迭代，控制第一变形镜（2）进行波前振幅误差校正的过程结束，执行步骤四；如果否，更新迭代次数：k＝k+1，并执行S307-S308，继续下次迭代；

步骤四、基于像面探测器（9）的光强信息控制第二变形镜（3）进行波前相位校正：

S400、评价函数采用像面探测器（9）的暗洞区内的光强I_暗洞之和与像面中最大光强I_最大之比，即：J＝(ΣI_暗洞)I_最大；

S401、初始化后，处理器接收像面探测器（9）采集到的一帧图像，并根据S400中评价函数公式计算该图像的评价函数J₀′；

S402、令l表示迭代次数，则第l次的控制电压信号为u_l，首先设置l=0；

S403、处理器对第二变形镜（3）中N个致动器产生服从伯努利分布的控制电压的扰动信号δu_l；

S404、将控制电压的扰动信号δu_l与致动器最大允许控制电压的中值u⁰相加，得到初次的控制电压信号u_l=δu_l+u⁰；

S405、处理器将相加得到的控制电压信号u_l作用在对应的第二变形镜（3）的致动器上，然后处理器接收施加该控制电压信号u_l后像面探测器（9）采集的一帧图像；

S406、计算S405采集的图像的评价函数J_l，进而计算评价函数的扰动值δJ_l＝J_l-J₀′；

S407、计算下一次的控制电压信号：u_l+1＝u_l-μ′δJ_lδu_l，其中μ′为增益系数；

S408、处理器将控制电压信号u_l+1施加到第二变形镜（3）对应的致动器上，然后计算施加本次控制电压信号后，像面探测器（9）得到的评价函数值J_l+1，并判断该评价函数值J_l+1与上一次迭代后的评价函数J_l的差的绝对值是否小于预定的阈值，如果是，则停止迭代，控制第二变形镜（3）进行波前相位误差校正的过程结束；如果否，更新迭代次数：即l＝l+1，并执行S407-S408，继续下次迭代。