[发明专利]一种对大气湍流高度和角度非等晕波前误差同步测量装置及方法

权利要求书

1.一种对大气湍流高度和角度非等晕波前误差同步测量装置，包括望远镜(1)、缩束模块(2)、高速倾斜镜(3)、第一分光镜(4)、低阶哈特曼传感器模块(5)；其特征在于：还包括高阶大视场双哈特曼传感器模块(6)，所述高阶大视场双哈特曼传感器模块(6)由两路分别提取自然信标A信号和自然信标B信号的第一高阶大视场哈特曼传感器(7)和测量人造信标信号的第二高阶大视场哈特曼传感器(8)，以及第二分光镜(27)和反射镜(28)组成；其中，第一高阶大视场哈特曼传感器(7)由第一滤光片(15)、第一匹配透镜组(16)、第一空间光阑(17)、第一高阶微透镜阵列组(18)、第一CCD相机(19)、第一数据采集计算机(20)组成；第二高阶大视场哈特曼传感器(8)由第二滤光片(21)、第二匹配透镜组(22)、第二空间光阑(23)、第二高阶微透镜阵列组(24)、第二CCD相机(25)、第二数据采集计算机(26)组成；第二分光镜(27)将由自然信标A和自然信标B组成的双星系统回光反射进入第一高阶大视场哈特曼传感器(7)，经过第一滤光片(15)滤除人造信标信号，并由第一匹配透镜组(16)缩束至合适口径，由第一空间光阑(17)滤除其他空间光影响，经过第一高阶微透镜阵列组(18)后得到光斑子阵列图像由第一CCD相机(19)接收并由第一数据采集计算机(20)采集；第二分光镜(27)将人造信标回光透射并经反射镜(28)反射进入第二高阶大视场哈特曼传感器(8)，经过第二滤光片(21)滤除双星系统信号，并由第二匹配透镜组(22)缩束至合适口径，由第二空间光阑(23)滤除其他空间光影响，经过第二高阶微透镜阵列组(24)后得到光斑子阵列图像由第二CCD相机(25)接收并由第二数据采集计算机(26)采集；两路CCD相机(19、25)由信号发生器(9)进行同步触发，双星图像数据由第一数据采集计算机(20)记录，人造信标图像数据由第二数据采集计算机(26)记录，通过波前复原算法分别得到双星系统中两自然信标与人造信标之间的复原波前，通过三者之间的复原波前差异计算得到同一时刻的高度和角度非等晕波前误差结果以及高度和角度非等晕波前误差之间的相关性。

2.根据权利要求1所述的一种对大气湍流高度和角度非等晕波前误差同步测量装置，其特征在于：所述低阶哈特曼传感器模块(5)由低阶匹配透镜组(11)、低阶微透镜阵列组(12)、低阶CCD相机(13)、波前处理计算机(14)组成，经第一分光镜(4)透射的双星系统回光由低阶匹配透镜组(11)缩束至合适口径，经低阶微透镜阵列组(12)成像后获得的成像光斑子阵列图像由低阶CCD相机(13)采集，通过波前处理计算机(14)经波前复原计算后提取倾斜分量用以控制高速倾斜镜(3)。

3.一种对大气湍流高度和角度非等晕波前误差同步测量方法，其特征在于实现步骤如下：

(a)选取角间距在10角秒以内的双星系统，双星系统由自然信标A和自然信标B组成，调节望远镜(1)光轴至双星系统的中心位置，调节人造信标激光发射望远镜(10)光轴使得人造信标指向双星系统中的自然信标A位置；

(b)望远镜(1)接收由自然信标A和自然信标B组成的双星系统和人造信标的回光，经缩束模块(2)后由高速倾斜镜(3)反射到第一分光镜(4)上，一部分能量的回光透射进入低阶哈特曼传感器模块(5)，另一部分能量的回光反射进入高阶大视场双哈特曼传感器模块(6)；

(c)透射进入低阶哈特曼传感器模块(5)的回光由低阶匹配透镜组(11)缩束至合适口径，经低阶微透镜阵列组(12)成像后获得的成像光斑子阵列图像由低阶CCD相机(13)采集，通过波前处理计算机(14)采集，在所采集双星系统的成像子光斑阵列图像中提取出自然信标A的子光斑阵列图像，并通过波前复原算法计算得到的波前扰动的倾斜分量，用该倾斜分量控制高速倾斜镜(3)，以提高系统稳定性及减小后端测量误差；

(d)进入高阶大视场双哈特曼传感器模块(6)的回光经第二分光镜(27)反射后将由自然信标A和自然信标B组成的双星系统回光反射进入第一高阶大视场哈特曼传感器(7)，经过第一滤光片(15)滤除人造信标信号，并由第一匹配透镜组(16)缩束至合适口径，由第一空间光阑(17)滤除其他空间光影响，经过第一高阶微透镜阵列组(18)后得到光斑子阵列图像由第一CCD相机(19)接收并由第一数据采集计算机(20)采集；经第二分光镜(27)透射后将人造信标回光透射并经反射镜(28)反射进入第二高阶大视场哈特曼传感器(8)，经过第二滤光片(21)滤除双星系统信号，并由第二匹配透镜组(22)缩束至合适口径，由第二空间光阑(23)滤除其他空间光影响，经过第二高阶微透镜阵列组(24)后得到光斑子阵列图像由第二CCD相机(25)接收并由第二数据采集计算机(26)采集；两路CCD相机(19、25)由信号发生器(9)进行同步触发，并分别通过各自的数据采集计算机(20、26)记录图像数据；

(e)所采集到的双星系统的子光斑阵列图像经过提取后分别得到自然信标A与自然信标B的子光斑阵列图像；通过波前复原算法分别对自然信标A、自然信标B和人造信标三者的子光斑阵列图像进行复原计算，得到该三者的复原波前结果及各阶Zernike系数，比较自然信标A和人造信标的波前结果得到的是高度非等晕波前误差；比较自然信标A和自然信标B的波测结果得到的是角度非等晕波前误差；比较自然信标B和人造信标的波前探测结果得到的是结合了高度和角度的综合波前非等晕误差；从而完成了对大气湍流高度和角度非等晕波前误差同步测量以及高度和角度非等晕波前误差之间的相关性的测量。