[發(fā)明專利]一種基于多波長(zhǎng)相位調(diào)制的光學(xué)合成孔徑成像望遠(yuǎn)鏡陣列共相誤差探測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711041721.7
• 申請(qǐng)日: 2017-10-31
• 公開（公告）號(hào): CN107656363A
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董理;馬浩統(tǒng);彭起;任戈;亓波;謝宗良;陳豐;譚玉鳳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G02B21/00
• 分類號(hào): G02B21/00;G02B27/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)成像望遠(yuǎn)鏡領(lǐng)域，具體涉及一種基于多波長(zhǎng)相位調(diào)制的光學(xué)合成孔徑成像望遠(yuǎn)鏡陣列共相誤差探測(cè)方法。

背景技術(shù)

光學(xué)合成孔徑成像望遠(yuǎn)鏡陣列是利用多個(gè)在空間特定排布的子望遠(yuǎn)鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)大孔徑分辨能力的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)。與單孔徑成像系統(tǒng)相比，光學(xué)合成孔徑成像望遠(yuǎn)鏡陣列能夠獲取目標(biāo)更多的高頻成分，從而有效提高成像觀測(cè)精度，實(shí)現(xiàn)等效大孔徑成像系統(tǒng)的分辨能力。同時(shí)由于其所用光學(xué)元件口徑小、重量輕，可以大大降低制造難度和運(yùn)載費(fèi)用。在實(shí)際應(yīng)用中，由于裝配誤差、固有誤差及大氣湍流等原因，容易給子望遠(yuǎn)鏡之間帶來(lái)共相誤差。子望遠(yuǎn)鏡間共相誤差的存在會(huì)影響光學(xué)合成孔徑成像望遠(yuǎn)鏡陣列的干涉效果，造成主瓣能量下降，降低成像質(zhì)量。為保證光學(xué)合成孔徑成像望遠(yuǎn)鏡陣列的成像效果，需要將望遠(yuǎn)鏡陣列的共相誤差控制在λ/10之內(nèi)。共相誤差探測(cè)與校正是實(shí)現(xiàn)各個(gè)子望遠(yuǎn)鏡共相的重要技術(shù)，對(duì)于光學(xué)合成孔徑成像望遠(yuǎn)鏡陣列實(shí)現(xiàn)高分辨力觀測(cè)具有重要意義。

目前比較成熟的共相誤差探測(cè)技術(shù)包括夏克-哈德曼傳感器、波前曲率傳感器和基于圖像的相位差法。夏克-哈德曼傳感器設(shè)計(jì)制造復(fù)雜，成本高，且無(wú)法探測(cè)復(fù)雜度高的波前。波前曲率傳感器測(cè)量精度低，不適用于高分辨率成像系統(tǒng)。基于圖像的相位差法需要復(fù)雜的后續(xù)迭代算法來(lái)處理圖像，實(shí)時(shí)性差。此外，現(xiàn)有的這些方法均無(wú)法解決2π模糊的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種實(shí)時(shí)性好，測(cè)量范圍大、不受2π模糊影響的基于多波長(zhǎng)相位調(diào)制的光學(xué)合成孔徑成像望遠(yuǎn)鏡陣列共相誤差探測(cè)方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種基于多波長(zhǎng)相位調(diào)制的光學(xué)合成孔徑成像望遠(yuǎn)鏡陣列共相誤差探測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)步驟如下：

(1)設(shè)置點(diǎn)光源的發(fā)出光的波長(zhǎng)為λ₁；

(2)將探測(cè)器置于待探測(cè)的合成孔徑成像系統(tǒng)的像面上，對(duì)合成孔徑望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的某一特定子孔徑進(jìn)行相位調(diào)制，依次給其加上φ₁,φ₂,…,φ_k,…φ_M的相位調(diào)制，其中φ_k＝2π*(k-1)/M，k為整數(shù)且1≤k≤M，M為總共的調(diào)制步數(shù)且M≥3，并依次使用相機(jī)測(cè)得系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)PSF₁,PSF₂,…,PSF_k,…,PSF_M；

(3)通過一個(gè)計(jì)算過程得到各個(gè)子孔徑在λ₁下的部分相位差，計(jì)算過程如下：

1)對(duì)所得到的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)進(jìn)行反傅里葉變換變換得到系統(tǒng)的一組光學(xué)傳遞函數(shù)OTF₁,OTF₂,…,OTF_k,…,OTF_M；

2)將到的一組光學(xué)傳遞函數(shù)分別乘上相移φ₁,φ₂,…,φ_k,…φ_M后相加再取算術(shù)平均，得到C(P):

式中，n具有一般性，可以是任意一塊子孔徑，△_n為第n塊子鏡的相移誤差，B_n為第n塊子鏡的光瞳函數(shù)，N為合成孔徑成像系統(tǒng)的子孔徑數(shù)量；

3)在式(1)兩側(cè)均乘上第n個(gè)子望遠(yuǎn)鏡的光瞳函數(shù)，得到：

C(P)B_n＝exp(ik△_n)B_n(2)

4)計(jì)算出部分相位差：

式中，Z為第n個(gè)子望遠(yuǎn)鏡在光源波長(zhǎng)為λ₁的情況下的相移誤差中的2π整數(shù)倍的部分，為第n個(gè)子望遠(yuǎn)鏡在點(diǎn)光源波長(zhǎng)為λ₁的情況下的相移誤差中不含2π整數(shù)倍的部分相位；

(4)設(shè)置點(diǎn)光源的發(fā)出光的波長(zhǎng)為λ₂，λ₃重復(fù)上述步驟(1)、(2)、(3)得到

5)為了方便表示，2π整數(shù)倍的部分用n1、n2、n3來(lái)表示，部分相位分別使用來(lái)表示。第n個(gè)子鏡的待測(cè)共相誤差為ξ：

上式是個(gè)欠約束方程，定義合成波長(zhǎng)λ_s：

λ_s＝(a/λ₁-b/λ₂+c/λ₃)^-1(5)

其中a、b、c均為正整數(shù)，利用合成波長(zhǎng)來(lái)解這個(gè)欠約束方程，進(jìn)而計(jì)算出共相位差ξ。