[發明專利]一種光學遙感相機主動光學系統誤差項的仿真方法

在審

• 申請號: 201911292458.8
• 申請日: 2019-12-12
• 公開（公告）號: CN112985453A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 姜禹希;李曉波;楊勛;趙陽;班章
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 曹衛良

本發明公開了一種光學遙感相機主動光學系統誤差項的仿真方法，涉及光學遙感相機集成仿真技術領域。主動光學為了解決發射振動、重力釋放、溫度變化等因素導致的成像質量下降問題而采用主動校正技術，其仿真過程中誤差項的仿真方法及準確性影響主動光學系統仿真的精度。本發明將光學模型、動力學模型和控制算法模型以及各誤差項行集運算后組成光、機、控集成仿真，通過不斷迭代，直到系統波像差達到要求。本發明將光學相機主動光學校正過程中涉及到的各類誤差考慮到主動光學集成仿真中，相比于現有的理想化簡化模型，本發明所述仿真方法與實際過程更加接近，仿真結果對設計過程具有更強的參考價值。

技術領域

本發明涉及光學遙感相機集成仿真技術領域，具體為一種光學遙感相機主動光學系統誤差項的仿真方法。

背景技術

隨著光學遙感成像技術的不斷發展，空間光學遙感系統變得越來越復雜，正朝著大口徑、大視場、高分辨率的方向發展，相應的加工制造、支撐以及裝調的難度正在越來越大，在實際成像過程中，也很容易受到發射、重力環境以及溫度因素的干擾，嚴重影響觀測性能，主動光學校正技術是實現光學遙感相機在復雜多變的外界條件下仍然能夠高質量成像的關鍵技術；主動光學將像質檢測作為評價標準和反饋通道，通過調節鏡面面形和反射鏡姿態等方式主動調整系統波像差，從而將成像質量提高到設計水平，國際上光學遙感相機采用主動光學校正的例子很多，不但有單鏡主動光學的先例，隨著口徑的增大，拼接鏡主動光學的使用案例也越來越多，總體來說，主動光學校正技術在地基項目上成熟的案例較多，空間主動光學雖然目前還沒有在軌的案例，但是已經成為研究熱點和未來趨勢，不論是地基還是空間主動光學，都要經歷大量的地面仿真和試驗，需要重點研究。

現有仿真精度主要取決于主動光學校正過程中的各類誤差項，所以仿真中各類誤差項的仿真尤為重要，主動光學校正過程中的誤差項主要包含：光學設計殘差、加工面形誤差、系統裝調殘差、重力環境變化引起的誤差、熱環境變化引起的誤差及主動光學校正過程中各模塊的誤差。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種光學遙感相機主動光學系統誤差項的仿真方法，解決了上述背景技術中提出的仿真精度主要取決于主動光學校正過程中的各類誤差項，所以仿真中各類誤差項的仿真尤為重要，主動光學校正過程中的誤差項主要包含：光學設計殘差、加工面形誤差、系統裝調殘差、重力環境變化引起的誤差、熱環境變化引起的誤差及主動光學校正過程中各模塊的誤差等問題。

為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：一種光學遙感相機主動光學系統誤差項的仿真方法，包括以下步驟：

步驟一：建立相機光學模型，確定光學設計殘差；

步驟二：確定反射鏡加工誤差仿真方法，確定各反射鏡加工面形誤差；

步驟三：確定系統裝調殘差，系統裝調殘差為各反射鏡由于裝調引起的剛體位移；

步驟四：建立相機結構模型和有限元模型，計算各反射鏡由于重力和熱環境變化產生的剛體位移和面形變化；

步驟五：建立光學系統波前傳感算法模型，并給得到的點擴散函數隨機增加波前誤差；

步驟六：建立主動光學校正量求解算法模型，并給視場隨機增加解算誤差；

步驟七：建立相機剛柔耦合動力學模型，計算模型傳遞函數，建立六自由度主動光學執行機構控制算法模型，并分別給每個自由度調整量隨機增加控制誤差；

步驟八：將光學模型、動力學模型和控制算法模型及各誤差項進行集成仿真計算，并根據計算結果進行迭代。

可選的，步驟一中光學設計殘差為各反射鏡鏡面到成像焦面的波像差。

可選的，步驟二中確定反射鏡加工誤差仿真方法，以澤尼克系數或者矢高形式模擬各反射鏡加工面形誤差，建立澤尼克系數或矢高模型，以確定各反射鏡加工面形誤差。