[發(fā)明專利]一種空間反射型光學(xué)遙感器主鏡面形畸變探測方法及系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810057446.2
• 申請日: 2008-02-01
• 公開（公告）號: CN101221089A
• 公開（公告）日: 2008-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙達(dá)尊;王瀟;毛珩;王欣;胡新奇;朱秋東;俞信
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 北京匯澤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 張穎玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及反射型光學(xué)成像系統(tǒng)主鏡面形畸變的探測技術(shù)，尤其是指一種空間反射型光學(xué)遙感器主鏡面形畸變的探測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著空間科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，空間光學(xué)遙感器在地面信息獲取中發(fā)揮著越來越重要的作用，例如：可以利用空間光學(xué)遙感器進(jìn)行森林火災(zāi)預(yù)警、氣象預(yù)報(bào)、農(nóng)作物監(jiān)測，尤其是進(jìn)行航天偵察等等。空間光學(xué)遙感器具有監(jiān)察范圍廣、分辨率高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代化、高性能、不受領(lǐng)土限制的航天監(jiān)察工具，已經(jīng)成為各個(gè)國家競相發(fā)展的航天項(xiàng)目。

在實(shí)際應(yīng)用中，由于重力場、溫度場的不穩(wěn)定等因素會導(dǎo)致空間光學(xué)遙感器的主鏡面形產(chǎn)生畸變，進(jìn)而造成空間光學(xué)遙感器的分辨力和測量精度下降，影響獲取數(shù)據(jù)的精確度和準(zhǔn)確性，因此，對重力場、溫度場等因素導(dǎo)致的主鏡面形畸變進(jìn)行探測并依據(jù)探測結(jié)果進(jìn)行面形校正或者數(shù)據(jù)處理以盡量恢復(fù)應(yīng)有的分辨力是非常有必要的。

目前，對空間光學(xué)遙感器的主鏡面形畸變探測，最主要的方法是選取適當(dāng)?shù)男艠?biāo)對空間光學(xué)遙感器進(jìn)行波前探測。但是，在選取信標(biāo)的時(shí)候，既要考慮到外界環(huán)境因素對空間光學(xué)遙感器的影響，還要考慮所選信標(biāo)的體積、能源消耗、所能提供的信噪比，以及所選信標(biāo)的隱蔽性等，可見，選擇合適的信標(biāo)并不容易。

迄今為止，探測空間光學(xué)遙感器的主鏡面形畸變時(shí)，所選取的信標(biāo)主要是自然星信標(biāo)、激光導(dǎo)星信標(biāo)、擴(kuò)展信標(biāo)及機(jī)內(nèi)信標(biāo)。

采用自然星信標(biāo)(周仁忠，閻吉祥，俞信，趙達(dá)尊，曹根瑞編著的《自適應(yīng)光學(xué)》，北京，國防工業(yè)出版社，1996)時(shí)，選取空間自然星發(fā)出的光波到達(dá)空間光學(xué)遙感器時(shí)的平面波前作為測量基準(zhǔn)，通過探測遙感器主鏡反射光波的波前形狀來推算主鏡的面形畸變。由于作為空間光學(xué)遙感器載體的航天器在環(huán)繞地球運(yùn)行時(shí)，空間光學(xué)遙感器的視軸往往也在轉(zhuǎn)動，所以另外需要一個(gè)搜索跟蹤機(jī)構(gòu)使遙感器的視軸鎖定在自然星方向上，使得整個(gè)探測結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜；更嚴(yán)重的是，采用自然星作為信標(biāo)不適合空間光學(xué)遙感器在對地觀測時(shí)使用，這是因?yàn)榈厍驅(qū)⒄趽鮼碜宰匀恍堑墓獠ā?/p>

利用激光導(dǎo)星作為信標(biāo)時(shí)，如果激光器安裝在地面(Foy.R，Labeyrie.A，F(xiàn)easibility?of?adaptive?telescope?with?laser?probe[J]，Ast.Astrophy，1985，152：129-131)，則遙感器的工作地區(qū)將嚴(yán)重受限；如果激光器安裝在遙感器上(B.K.Mc?Comas，E.J.Friedman，Wavefront?sensing?for?deformable?space-based?opticsexploiting?natural?and?synthetic?guide?stars[J]，Opt.Eng，2002，41(8)：2039-2049)，則需要附加激光器，以激光在空氣中的散射光波波前作為測量基準(zhǔn)。除了需要有較復(fù)雜的附加結(jié)構(gòu)及不易實(shí)現(xiàn)的能源供應(yīng)之外，還存在隱蔽性不良的問題—遙感器向大氣中間層發(fā)射激光形成信標(biāo)的同時(shí)，該激光也將穿過大氣層而射向地面，這部分光不僅將造成背景噪聲，而且易被地面發(fā)現(xiàn)。

擴(kuò)展信標(biāo)(T.R.Rimmele，Solar?Adaptive?Optics[J]，Proc.SPIE，2000，4007：218-231)選取大面積區(qū)域的被觀察物本身作為信標(biāo)，然后利用波前傳感器進(jìn)行波前探測，通常是利用哈特曼—夏克波前傳感器(Genrui?Cao?and?Xin?Yu，Study?on?the?Hartmann-Shack?wavefront?sensor[J]，Proc.SPIE，1992，1752：112-119)進(jìn)行波前探測。但它需要亮度足夠大的擴(kuò)展信標(biāo)，如太陽表面，而應(yīng)用于空間對地觀測時(shí)將受到諸多客觀條件的限制，例如地面目標(biāo)的紋理結(jié)構(gòu)是否豐富、反射率是否足夠大、太陽對地面的照射角度、以及地面氣候、能見度等的限制，使得在許多情形中因探測信噪比不足而無法實(shí)現(xiàn)波前探測。

機(jī)內(nèi)信標(biāo)(曹根瑞，朱秋東，蘇鵬，一種新型的自基準(zhǔn)哈特曼波前傳感器[J]，光電工程，2004，31(6)：1-4)是利用設(shè)置在主鏡外部的可作掃描運(yùn)動的五棱鏡對由系統(tǒng)內(nèi)部的點(diǎn)光源裝置在主鏡鏡面面形發(fā)生畸變前后所發(fā)出的光波在不同位置處進(jìn)行采樣測量，以獲得光波斜率變化，從而推導(dǎo)出主鏡面形的畸變分布。該方法因?qū)⑿艠?biāo)設(shè)置在系統(tǒng)內(nèi)部而使探測基本不受客觀條件限制，對能耗要求也比較低。但是該方法需要在主鏡外部設(shè)置不小于主鏡口徑的機(jī)械掃描裝置，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，重量較大，且因采用時(shí)序掃描而使探測時(shí)間延長，不很適合于空間光學(xué)遙感器。