[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

说明书

空间望远镜相位差波前探测中微振动影响的修正方法，属于光学检测领域，本发明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；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；采集微振动环境下两幅不同离焦面的点扩散函数图像；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；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，再利用相关数值最优化算法求解波前像差系数。本发明能提高基于相位差法的空间望远镜波前探测在空间微振动环境中的探测精度。

技术领域

本发明属于光学检测技术领域，具体涉及一种空间望远镜相位差波前探测中微振动影响的修正方法。

背景技术

大口径望远镜作为一类重要的天文观测仪器，在重大天文学前沿问题研究中发挥重要作用，尤其是空间大口径天文望远镜，其成像质量不受大气扰动影响，敏感波段(比如红外波段)不受大气吸收影响，相比于同口径地面天文望远镜具有更高的成像性能。

空间大口径天文望远镜在轨运行期间，空间热、力学环境扰动因素持续存在，难以单纯依靠固定机构长久保证镜面位置精度，各镜面将逐渐发生失调，引起波前像差，降低成像质量。因此，有必要在轨对系统波像差进行校正，以持续保持空间望远镜在轨成像质量。

高精度波前探测是在轨进行波前校正的前提。与哈特曼传感器、四棱锥波前传感器相比，相位差法利用焦面探测器所成图像(相位差异已知的两幅图像)解算波前相位，不需要额外精密器件及其复杂标定过程(标定过程本身同样存在误差)，适合空间望远镜在轨应用。然而，利用相位差法进行空间望远镜波前探测的精度易受空间环境扰动影响，其中，微振动为典型空间扰动，特别是近地轨道空间望远镜，外热流波动频率快幅度大，所需制冷机功率较大；轨道运行周期短，姿态调整较频繁，所需反作用轮功率较大，这些情况都将引起微振动。微振动影响焦面探测器图像采集过程，导致图像模糊，造成图像信息改变，影响波前探测精度。微振动对焦面探测器图像的影响有一定随机性，难以通过解析方式进行数学建模。

目前，修正微振动对于空间望远镜相位差波前探测精度影响的研究尚未见报道。

发明内容

为了修正微振动对于空间望远镜相位差波前探测精度的影响，本发明提供一种空间望远镜相位差波前探测中微振动影响的修正方法。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的空间望远镜相位差波前探测中微振动影响的修正方法，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。

进一步的，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：