[发明专利]一种光学遥感相机主动光学系统的仿真方法

说明书

本发明实施例公开一种光学遥感相机主动光学系统的仿真方法，该主动光学系统仿真方法综合了光学、机械、控制三种学科，涉及相机的光学结构、六自由度主动光学执行机构、波前传感算法、校正量算法以及误差项仿真模型，在此仿真模型基础上开展全局优化比单学科优化更容易得到全局最优解。该实施例有效地解决现有主动光学仿真方法中采用单学科、理想化模型，带来误差较大且难以模拟实际主动光学校正过程的问题。

技术领域

本发明涉及光学遥感相机集成仿真技术领域，具体涉及一种光学遥感相机主动光学系统的仿真方法。

背景技术

光学遥感相机广泛应用于资源探测、国土勘察、天文观测等领域，在经济社会发展及科学研究中发挥了重要作用。目前，光学遥感相机的技术发展趋势朝向大口径、大视场和高分辨率等方向，相应的加工制造、支撑以及装调的难度有所增大，在实际成像过程中，也更容易受到发射、重力环境以及温度等因素的干扰，从而影响观测性能。

目前，用来提高光学遥感相机的观测性能的方法包括两种：一种为被动光学，另一种为主动光学。被动光学采用硬抗的方式，采用刚度大、零膨胀系数材料和复杂的支撑设计结构来确保相机成像质量，但是这种方式不仅实现难度大，同时会伴随成本提高及可靠性降低等问题。主动光学将像质检测作为评价标准和反馈通道，通过调节镜面面形和反射镜姿态等方式主动调整系统波相差，从而将成像质量提高到设计水平。

目前，主动光学技术可应用至地基设备或空间设备。无论是地基主动光学还是空间主动光学，都需要进行大量的仿真试验。现有的主动光学仿真方法通常采用单学科、理想化模型，这种仿真方法带来的误差较大且难以模拟实际主动光学校正过程。

因此，需要提供一种能够综合多学科的主动光学仿真方法，从而能够综合考虑校正策略、灵敏度解算以及控制执行，从而考虑实际过程中的误差项，实现实际过程中光学像质主动校正的模拟。

发明内容

针对现有主动光学仿真方法中采用单学科、理想化模型，带来误差较大且难以模拟实际主动光学校正过程的问题，本发明实施例提供一种综合多学科的主动光学仿真方法，有效地结合校正策略、灵敏度解算及控制执行等因素，考虑实际过程中的误差项，实现实际过程中光学像质主动校正的模拟。

该方法具体方案如下：一种光学遥感相机主动光学系统的仿真方法，包括以下步骤：步骤一、建立相机的光学模型，计算初始状态下的全视场平均波像差；步骤二、建立相机的结构模型和有限元模型，计算地面与在轨环境变化而导致的各反射镜刚体位移和面形泽尼克系数；步骤三、建立光学系统波前传感算法和主动光学校正量求解算法模型；步骤四、建立相机的动力学模型，计算模型中的传递函数，并且基于所述动力学模型和传递函数建立六自由度主动光学执行机构控制算法模型；步骤五、将所述光学模型、所述动力学模型和所述控制算法模型集成在一起，进行主动光学仿真。

优选的，步骤五中将所述光学模型、所述动力学模型和所述控制算法模型集成至isight平台组成仿真模型，将步骤二中所获得的刚体位移和面形泽尼克系数作为输入参数，在仿真模型中进行迭代校正，直至模型的系统波像差达到初始状态下的全视场平均波像差。

优选的，在所述步骤五中还将加工误差、装调误差、解算误差和执行误差中至少一种误差作为输入参数。

优选的，步骤一中所述光学模型为各个光学反射镜面到成像焦面的光学全模型，将所述成像焦面获取的平均值作为初始状态下的全视场平均波像差。

优选的，所述光学模型采用光学软件Code V或Zemax进行设计和仿真。

优选的，步骤二中所述地面与在轨环境变化包括发射振动、重力、冲击和温度变化中至少一种。

优选的，所述有限元模型采用MSC.Patran和MSC/NASTRAN建模和求解。

优选的，步骤二中所述各反射镜刚体位移和面形泽尼克系数采用光机集成工具软件Sigfit进行拟合而获得。