[发明专利]一种基于光瞳空间调制的多谱共相误差探测方法

说明书

本发明公开了一种基于光瞳空间调制的多谱共相误差探测方法，可用于拼接式望远镜系统中的共相误差探测。该方法选定参考子光瞳，获取参考子光瞳的点扩散函数、剩余子光瞳的点扩散函数以及系统的点扩散函数；再对所得到的三个点扩散函数采用反解卷积方法求解出在该波长下系统的部分共相误差分布；再多次更换波长，并求解出其相应的部分共相误差分布，最后利用多谱合成算法计算出系统整体的共相误差。该方法无需在合成孔径面上额外添加参考光瞳，结构紧凑，效率高；同时该方法采用多波长对相位差进行处理，能有效抑制2π模糊影响，提高探测范围。

技术领域

本发明属于稀疏光学合成孔径领域，具体涉及稀疏光学合成孔径成像系统基于光瞳空间调制的一种多谱共相误差探测方法。

背景技术

在天体物理学中，望远镜一直起着至关重要的作用。近现代，随着观测对象和观测距离的改变，对望远镜的分辨率和集光能力的要求也逐渐提高。但这两个重要指标都依赖于望远镜口径的增大，然而，若依赖单一主镜来制造大口径望远镜时会面临材料成本、加工技术和主镜重量增加导致像差增大等诸多因素的限制。稀疏光学合成孔径成像技术是一种新型的制造极大口径望远镜的技术，它通过将多路分离的子孔径系统组合，达到等效大口径望远镜分辨率的效果，同时，其单路的子孔径口径小，镜面制造难度小、成本低，体积小、重量轻，完美地解决了单口径望远镜上的难题。

但该方法必须要控制各个子孔径间的共相误差。也正因为如此，稀疏光学合成孔径成像系统的共相探测技术引起了相关学术界的极大关注。1994年Gary Chanan对传统的夏克-哈特曼传感器进行改进，使其能适用于拼接子镜面之间的平移误差探测，并将其应用于Keck望远镜的共相中；2008年，欧洲南方天文台的相关研究人员用改进型的曲率传感器，通过结合分析系统离焦图和两相邻子镜之间的边缘衍射图，获取两两相邻子镜之间的共相平移误差；2015年以色列研究人员提出用模拟退火法来探测光学合成孔径成像系统的平移误差，通过建立平移误差与系统远场图的评价函数，使用模拟退火算法不断控制和修正系统的平移误差，最终达到共相。

Hénault提出了一种概念性的基于多波长相移调制的平移误差探测设计方案，该方法给光学合成孔径系统引入一个额外的小孔径作为参考光瞳，针对三个不同的波长对参考光瞳进行相移调制，再从系统经过调制的点扩散函数图中求解出系统子孔径间的平移误差。对比上面那些方法，多波长相移调制法的优点在于实时性高、可探测的平移误差范围大，但在该方法中，引入额外的小孔径也会影响系统的最终成像质量，虽然其影响可以解决，但实际也给系统的共相误差检测带来了复杂性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光瞳空间调制的多谱共相误差探测方法，减少因为迭代次数多而对实时性的影响，获得更宽的探测范围，同时获得更快的调制速度。

本发明采用的技术解决方案是：一种基于光瞳空间调制的多谱共相误差探测方法，用于拼接式望远镜系统各子孔径的共相误差检测，其具体步骤是：

步骤一 光路的搭建：

首先在实验平台上搭建起如图2所示的实验光路；宽波带光从激光器出射，经扩束系统进入多光瞳光路系统。取边缘一个光瞳作为参考光路，剩余光瞳作为调整光路；让这两部分光路分别经过缩束系统；再然后调整光路的光经过两平行但与传播光成逆时针45°的平面反射镜，调整其空间位置，让其能与参考光通过卡塞格林系统最后汇聚到系统的面阵探测器上。在系统的面阵探测器与卡塞格林系统之间，参考光路上有一个半透半反镜，从光路上反射部分光线让其进入参考光路的面阵探测器中；而调整光路也有一半透半反镜，反射部分光线让其进入调整光路的面阵探测器中。

步骤二 光瞳空间调制：