[发明专利]空间望远镜相位差波前探测中微振动影响的修正方法

权利要求书

1.空间望远镜相位差波前探测中微振动影响的修正方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、成像模型修正

通过引入高斯卷积对微振动影响点扩散函数成像的随机过程进行统计学建模，修正波前像差与探测器所采集点扩散函数之间的函数关系；

步骤一具体包括以下步骤：

根据中心极限定理，在微振动条件下某一视场位置PSF图像信息表示为：

其中，s表示二维PSF图像矩阵，表示像面坐标矢量，x表示波前像差系数向量，λ表示中心波长，FT^-1表示傅里叶逆变换，P表示光瞳面孔径函数矩阵，表示光瞳面坐标矢量，W表示光瞳面波像差矩阵，i为虚部单位，表示卷积操作，G(σ₁,σ₂)表示二维高斯卷积核，σ₁,σ₂为在两个维度上高斯卷积核的大小，其表示在两个不同方向上微振动的强弱；W表示为x中各单项波前像差系数与相应泽尼克多项式表示面形的线性叠加；

步骤二、模型参数确定

利用地面微振动仿真数据确定描述二维高斯卷积模板所需要的参数；

步骤二具体包括以下步骤：

(1)根据相关微振动仿真技术生成大量视轴与像面相交的散点位置，每一个散点代表某一时刻视轴与像面相交的位置；

(2)根据相关微振动仿真技术所生成的大量散点，确定大量散点的中心位置，并以此为散点中心划分像元网格，网格间距与探测器像元大小一致；

(3)根据散点分布和网格大小，确定二维高斯卷积核大小；

(4)统计每个网格内散点的个数，并进行归一化，二维高斯卷积核内所有元素的权重之和为1，得到二维高斯卷积核内每个元素的权重值；

步骤三、焦面图像采集

采集微振动环境下两幅不同离焦面的点扩散函数图像；

步骤三具体包括以下步骤：

微振动环境下，采用分光棱镜同时采集两幅存在离焦差异的PSF图像，或者，通过调焦的方式分时获取两幅不同离焦面的PSF图像；

步骤四、方程式建立

利用修正之后的波前像差与探测器所采集点扩散函数之间的函数关系和不同离焦面的点扩散函数图像，建立求解波前像差系数的非线性方程组；

步骤四具体包括以下步骤：

微振动环境下所采集的两幅不同离焦面PSF图像与波前像差系数之间的关系表示为：

其中，s₁与s₂分别代表微振动环境下所采集的两幅不同离焦面PSF图像数据矩阵，ΔW表示两个不同离焦面位置之间的离焦像差差异数据矩阵，该ΔW值与待求解的波前像差系数无关，G'为高斯卷积核；

步骤五、像差系数求解

通过建立目标函数将非线性方程组的求解转化为数值最优化问题，然后利用相关数值最优化算法求解波前像差系数；

步骤五具体包括以下步骤：

根据非线性方程组，将非线性方程组中每个等式左边与右边相减并取平方，再在整个图像数据区域积分，建立与待求解波前像差系数向量x相关的目标函数：

再利用相关数值最优化算法，求解目标函数E(x)的最小值，此时对应的波前像差系数向量x即为所求。

2.根据权利要求1所述的空间望远镜相位差波前探测中微振动影响的修正方法，其特征在于，步骤五中，所述相关数值最优化算法为梯度法、牛顿法或粒子群算法。