[發明專利]空間望遠鏡相位差波前探測中微振動影響的修正方法

有效

• 申請號: 202110805296.4
• 申請日: 2021-07-16
• 公開（公告）號: CN113405676B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 徐抒巖;鞠國浩;白曉泉;姜鳳義;劉南南
• 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: G01J9/00
• 分類號: G01J9/00
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司 22214
• 代理人: 于曉慶

空間望遠鏡相位差波前探測中微振動影響的修正方法，屬于光學檢測領域，本發明通過引入高斯卷積對微振動影響點擴散函數成像的隨機過程進行統計學建模，修正波前像差與探測器所采集點擴散函數之間的函數關系；利用地面微振動仿真數據確定描述二維高斯卷積模板所需要的參數；采集微振動環境下兩幅不同離焦面的點擴散函數圖像；利用修正之后的波前像差與探測器所采集點擴散函數之間的函數關系和不同離焦面的點擴散函數圖像，建立求解波前像差系數的非線性方程組；通過建立目標函數將非線性方程組的求解轉化為數值最優化問題，再利用相關數值最優化算法求解波前像差系數。本發明能提高基于相位差法的空間望遠鏡波前探測在空間微振動環境中的探測精度。

技術領域

本發明屬于光學檢測技術領域，具體涉及一種空間望遠鏡相位差波前探測中微振動影響的修正方法。

背景技術

大口徑望遠鏡作為一類重要的天文觀測儀器，在重大天文學前沿問題研究中發揮重要作用，尤其是空間大口徑天文望遠鏡，其成像質量不受大氣擾動影響，敏感波段(比如紅外波段)不受大氣吸收影響，相比于同口徑地面天文望遠鏡具有更高的成像性能。

空間大口徑天文望遠鏡在軌運行期間，空間熱、力學環境擾動因素持續存在，難以單純依靠固定機構長久保證鏡面位置精度，各鏡面將逐漸發生失調，引起波前像差，降低成像質量。因此，有必要在軌對系統波像差進行校正，以持續保持空間望遠鏡在軌成像質量。

高精度波前探測是在軌進行波前校正的前提。與哈特曼傳感器、四棱錐波前傳感器相比，相位差法利用焦面探測器所成圖像(相位差異已知的兩幅圖像)解算波前相位，不需要額外精密器件及其復雜標定過程(標定過程本身同樣存在誤差)，適合空間望遠鏡在軌應用。然而，利用相位差法進行空間望遠鏡波前探測的精度易受空間環境擾動影響，其中，微振動為典型空間擾動，特別是近地軌道空間望遠鏡，外熱流波動頻率快幅度大，所需制冷機功率較大；軌道運行周期短，姿態調整較頻繁，所需反作用輪功率較大，這些情況都將引起微振動。微振動影響焦面探測器圖像采集過程，導致圖像模糊，造成圖像信息改變，影響波前探測精度。微振動對焦面探測器圖像的影響有一定隨機性，難以通過解析方式進行數學建模。

目前，修正微振動對于空間望遠鏡相位差波前探測精度影響的研究尚未見報道。

發明內容

為了修正微振動對于空間望遠鏡相位差波前探測精度的影響，本發明提供一種空間望遠鏡相位差波前探測中微振動影響的修正方法。

本發明為解決技術問題所采用的技術方案如下：

本發明的空間望遠鏡相位差波前探測中微振動影響的修正方法，包括以下步驟：

步驟一、成像模型修正

通過引入高斯卷積對微振動影響點擴散函數成像的隨機過程進行統計學建模，修正波前像差與探測器所采集點擴散函數之間的函數關系；

步驟二、模型參數確定

利用地面微振動仿真數據確定描述二維高斯卷積模板所需要的參數；

步驟三、焦面圖像采集

采集微振動環境下兩幅不同離焦面的點擴散函數圖像；

步驟四、方程式建立

利用修正之后的波前像差與探測器所采集點擴散函數之間的函數關系和不同離焦面的點擴散函數圖像，建立求解波前像差系數的非線性方程組；

步驟五、像差系數求解

通過建立目標函數將非線性方程組的求解轉化為數值最優化問題，然后利用相關數值最優化算法求解波前像差系數。

進一步的，步驟一具體包括以下步驟：

根據中心極限定理，在微振動條件下某一視場位置PSF圖像信息表示為：