[发明专利]一种折反式望远系统的全口径全视场光线追迹方法

说明书

一种折反式望远系统的全口径全视场光线追迹方法，属于光学系统偏振特性分析技术领域，为解决现有单根光线追迹方法无法在部分偏振光条件下对系统进行全面评价的问题，包括以下步骤：建立光学系统折射与反射穆勒矩阵模型；读取基本数据：通过动态数据连接机制将MATLAB与ZEMAX连接，读取ZEMAX中折反式望远镜的口径，视场角，透镜的折射率基础指标；选取光线视场：通过口径和视场的界限，将其等分为n层，每层等分成m个采样点，并选择其中一个视场存入ZEMAX中；设置光瞳坐标；计算穆勒矩阵；更改光瞳坐标；更改视场光线，直到所有视场采样点都计算完成；最后，得到光学系统的全视场全口径光线的出射光斯托克斯矢量与偏振度。

技术领域

本发明属于光学系统偏振特性分析技术领域，具体涉及一种折反式望远系统的全口径全视场光线追迹方法。

背景技术

随着空间技术的不断发展，可跟踪的空间目标已经达到18000多个。其中，有4763个空间目标是在轨航天器，其余均为空间碎片。空间碎片严重地威胁在轨航天的安全，它们和航天器碰撞能直接改变航天器表面性能，导致航天器系统故障。亟需对卫星与碎片进行在轨探测与识别。传统强度或光谱探测手段，易受宇宙辐射干扰，探测识别效果不佳。偏振在空间目标探测与识别中具有明显的优势，偏振光强占总光强的比例一般用偏振度表示，偏振度与目标材质和观测角度等条件息息相关，可通过获取的空间目标偏振度信息，反演目标材质，再结合目标形貌和姿态，最终实现对空间目标的识别。另外，可利用偏振滤除背景杂光影响，提高目标探测对比度。

由于光学系统自身会产生偏振像差，从而在光的透射和反射中都会改变探测所得的偏振度，严重影响系统的偏振成像精度，对空间目标的反演识别造成偏差。光学系统偏振效应的分析与标定对提高偏振探测精度具有重要意义。王国聪等人基于琼斯矢量对自适应望远系统进行了分析，但其光线追迹的方法仅针对单一被追迹光线的位置进行光线计算，仅以这些单一位置的光线追迹结果作为对光学系统偏振成像的评价标准，会出现评价不全面的情况。

发明内容

本发明为了解决现有单根光线追迹方法无法在部分偏振光条件下对系统进行全面评价的问题，提出一种折反式望远系统的全视场全口径的光线追迹方法。该方法避免了传统单根光线追迹偶然性，可以直观的分析出系统对偏振光的影响，为反演目标材质，实现空间目标识别提供了基础。也为折反式旋转对称光学系统的偏振分析、偏振定标提供思路。

本发明解决技术问题的技术方案：

一种折反式望远系统的全视场全口径的光线追迹方法，其特征是，该方法包括以下步骤：

步骤一，建立光学系统折射与反射穆勒矩阵模型，当入射光为时，线偏振光n次折射的穆勒矩阵为：

式中，θ₁为入射角，θ₂为折射角，a＝θ₁-θ₂，b＝θ₁+θ₂；

线偏振光m次反射的穆勒矩阵为：

其中，r_p和r_s分别为金属表面对入射光的p和s分量的反射系数，分别定义为

当入射光为时，线偏振光n次折射的穆勒矩阵为：

线偏振光m次反射的穆勒矩阵为：

步骤二，读取基本数据：通过动态数据连接机制将MATLAB与ZEMAX连接，读取ZEMAX中折反式望远镜的口径，视场角，透镜的折射率基础指标；