[发明专利]一种基于相位调制的光学合成孔径成像望远镜阵列偏心误差探测方法

说明书

本发明公开了一种基于相位调制的光学合成孔径成像望远镜阵列偏心误差探测方法，可用于光学合成孔径成像望远镜阵列中的偏心误差探测。本方法通过在合成孔径望远镜阵列任一子镜中产生特定的相位调制，用相机在系统像面记录一组相应点扩散函数PSF分布，利用傅里叶逆变换得到一组系统的光学传递函数OTF，对这些数据进行处理，复原合成孔径望远镜阵列系统出瞳面光瞳分布，得到系统各个子镜的偏心误差。本方法使用三维位移台对合成孔径望远镜的一个子镜进行相位调制，一次性获取所有望远镜子镜的偏心误差，没有额外引入其他器件，解决了传统望远镜阵列中安装位置传感器来监测偏心误差的缺点，极大地提高了偏心误差的探测能力。

技术领域

本发明属于光学成像望远镜领域，具体涉及一种基于相位调制的光学合成孔径成像望远镜阵列偏心误差探测方法。

背景技术

随着人类探测需求的不断增加，望远镜口径越来越大。现有的技术水平难以实现大口径望远镜研制要求，光学合成孔径望远镜阵列系统是代替传统单一口径望远镜的解决方法。光学合成孔径望远镜阵列是采用多个独立的子镜来实现等效大通光口径望远镜分辨率能力的望远镜系统。不仅可以降低望远镜制造成本，而且由于其尺寸小、重量轻等优点，可以满足现有的飞行器的载荷要求进而在太空实现高分辨成像。在实际应用中，由于装调误差、固有误差等原因，望远镜阵列出瞳面难以完全满足“黄金准则”的要求，即望远镜出瞳面光瞳分布应为入瞳面光瞳分布的等比复制，从而带来望远镜阵列的偏心误差。子孔径间偏心误差的存在会大大影响光学合成孔径望远镜阵列的视场，进而影响成像结果。为保证光学合成孔径望远镜阵列的视场要求，需要将望远镜阵列的偏心误差控制在几十个微米以内。偏心误差探测与校正是望远镜阵列成像的前提，对于光学合成孔径望远镜阵列实现高分辨成像具有重要意义。现有的大型望远镜阵列偏心误差的探测主要通过在子孔径边缘安装传感器以监测子孔径位置，这会使望远镜阵列系统变得更加复杂，且安装外置传感器也会使望远镜表面发生形变，带来新的误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种实时性好，测量范围大、不破坏系统结构的光学合成孔径成像望远镜阵列偏心误差探测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种基于相位调制的光学合成孔径成像望远镜阵列偏心误差探测方法实现步骤如下：

(1)设置光学合成望远镜阵列含有N个子孔径，点光源的发出光的波长为λ；

(2)通过对合成孔径望远镜系统任一子孔径进行M次相位调制，相应的调制量分别为φ₁,φ₂,···,φ_k,···φ_M，其中且1≤k≤M，使用相机在系统像面处获取的合成孔径望远镜系统点扩散函数依次为PSF₁,PSF₂,···,PSF_k,···,PSF_M；

(3)通过一个计算求解过程得到各个子望远镜在出瞳面处的偏心误差，计算过程如下：

1)通过傅里叶逆变换，将不同调制量下得到的点扩散函数变换成一组合成孔径望远镜系统的光学传递函数OTF₁,OTF₂,···,OTF_k,···,OTF_M；

2)将上述的光学传递函数分别乘以相位调制exp(iφ_k)并线性叠加，得到C：

其中，n代表除参考孔径外的任一孔径，Δ_n为第n块子镜的波前像差分布，B_r为参考孔径的光瞳函数，B_T为其余子镜的光瞳函数，(a_n,b_n)代表第n个子镜的偏心误差，此时C代表包含偏心误差分布的集合；

3)包含偏心误差的合成望远镜系统出瞳面分布为：