[发明专利]一种提高色散条纹传感器共相系统抗噪声能力的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于提高色散条纹传感器共相系统抗图像噪声能力的提取平移误差(piston error)的方法。

背景技术

色散条纹传感器已被用作美国的詹姆斯.韦伯空间望远镜(James Webb Space Telescope，JWST)与大麦哲伦望远镜(Giant Magellan Telescope，GMT)的平移误差探测器，但由于受色散条纹图像的噪声和平移误差提取方法的影响，色散条纹传感器只在这两台望远镜的粗共相阶段使用。

目前已有人提出用于提高色散条纹传感器的精共相探测能力的方法(参见W.Zhao and G.Cao，"Active co-phasing and aligning testbed with segmented mirrors，"Opt.Express，19(9)，8670-8683(2011))。其具体方法是从色散条纹图像干涉方向抽取一个维度的干涉图像，再提取出该一维图像的干涉强度分布中主峰(main peak)位置偏移平移误差为零时的位移量，最后结合该一维干涉图像对应波长的条纹周期，计算出精共相所需要的平移误差：

piston＝△y/T(λ)

该方法虽然达到了提高色散条纹传感器探测精度并达到精共相要求，但由于该方法只使用二维图像的色散条纹图像的一个维度信息，所以这一方法抗图像噪声能力差，天文望远镜实际工作中作为照明源的星光光照微弱，且相机靶面自身会存在噪声，此时的色散条纹图像信噪比显然不会达到实验室一样的理想水平，因此该方法的实际使用价值欠佳。另外此方法还需要对相机靶面不同空间位置对应的波长进行标定，以及对干涉强度分布中主峰平移误差为零时的位置标定，这无疑增加了工程上的复杂度与各项成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有色散条纹精共相时的平移误差探测方法抗噪声能力与工程实现复杂的不足。提供一种能够显著提高色散条纹传感器在精共相时对平移误差探测的抗噪声能力方法，并且该方法几乎不增加工程上的复杂度与成本。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种提高色散条纹传感器共相系统抗噪声能力的方法，该方法包括以下步骤：

步骤a.使用色散条纹传感器对主镜进行粗共相，粗共相闭环稳定后进行步骤b；

步骤b.通过计算机将色散条纹传感器采集的色散条纹图像进行如下处理：

1).将色散条纹图像沿色散方向累加，通过累加将其由二维图像变为只保留干涉方向维度的一维图像；

2).通过将上述只有干涉方向维度的一维图像的主峰、左旁瓣、右旁瓣的峰值提取出来，再将这些峰值通过LSR算法求得该图像对应的平移误差值；

步骤c.将步骤b中计算出的平移误差值可进行显示、输入闭环控制算法得到控制信号，再控制主镜的能动系统消除平移误差，达到抗噪声精共相的目的。

本发明的原理在于：

本方法充分利用了色散条纹图像的二维信息，根据色散条纹图像的性质，通过特殊的处理过程达到了等效于平均滤波的效果，并保证精共相所需的平移误差信息不丢失。再结合无需靶面波长标定的LSR平移误差提取算法求得平移误差。

在无需改动原有色散条纹传感器的基础上，本方法根据色散条纹的性质，充分使用了色散条纹图像的二维信息，达到了提高有效信息的信噪比目的，再结合LSR平移误差提取算法解算出平移误差，最终实现了满足精共相要求且无需各项工程标定的目的。

根据理论分析，此种方法相对于已有精共相平移误差探测方法的噪声减少比(noise reduction ratio，NRR)为：

NRR＝N(1/N)²＝1/N

式中N为色散条纹传感器在色散方向的采样数(像素数)，由此可见相对于已有的精共相平移误差探测方法中仅使用一层维度的干涉方向强度分布信息进行平移误差提取，本发明方法使得色散条纹传感器共相系统的抗噪声能力显然更强。

本发明与现有技术相比有如下优点：

(1)、本发明根据色散条纹的性质，采用了累积求和的计算方法将色散条纹传感器采集的色散条纹图像沿色散方向进行维度压缩，减少了随机噪声对真信号的影响。这一过程充分利用了色散条纹图像的二维信息，提高了压缩后的图像信噪比，使得提取出的平移误差具有抗噪声能力，而现有方法不具有提高信噪比的能力，提取出的平移误差直接受到噪声影响。