[发明专利]一种基于相移调制的拼接式望远镜系统偏心误差探测方法

说明书

本发明公开了一种基于相移调制的拼接式望远镜系统偏心误差探测方法，用于拼接式望远镜中的各子镜偏心误差探测。本方法利用相移调制设备在拼接式望远镜某一子镜中添加特定的相位调制，在系统像面上捕获一组系统的点扩散函数，通过处理这些点扩散函数，恢复系统出瞳面的光瞳分布，得到系统各个子镜的偏心误差。本方法利用液晶相位延迟器对拼接式望远镜的一个子镜进行相位调制，可以同时得到望远镜所有子镜的偏心误差，不需要引入其他探测器件，解决了拼接式望远镜需要安装位置传感器来监测偏心误差的问题，简化了拼接式望远镜系统的复杂度。

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移调制的拼接式望远镜系统偏心误差探测方法。

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，拼接主镜望远镜系统是代替传统单一口径望远镜的解决方法之一。拼接主镜望远镜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。不仅可以有效地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、制造加工误差等原因，拼接镜各子镜难以确保始终位于指定位置，一旦某一子镜在XY面内产生移动，会带来拼接主镜望远镜的偏心误差。子孔径间偏心误差的存在会导致子镜的焦点发生移动，分辨率无法提高，进而影响成像结果。因此，偏心误差探测与校正是拼接主镜望远镜成像的前提，对于拼接主镜望远镜实现高分辨成像具有重要意义。现有的大型拼接主镜望远镜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、不破坏系统结构的拼接主镜望远镜偏心误差探测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种基于相移调制的拼接式望远镜系统偏心误差探测方法实现步骤如下：

(1)设置拼接主镜望远镜含有N个子孔径，点光源的发出光的波长为λ；

(2)选定拼接主镜望远镜中某一子镜作为参考孔径，通过对其进行M次相移调制，相应的调制量分别为φ₁,φ₂,…,φ_k,…φ_M，其中且k满足1≤k≤M，使用相机在拼接主镜望远镜系统像面处获取的点扩散函数依次为PSF1，PSF2，…，PSFk，…，PSFM；

(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拼接主镜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移调制exp(iφ_k)并线性叠加，得到包含偏心误差的C：

其中，n代表除参考孔径外的其余子镜，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；

3)包含偏心误差的拼接主镜望远镜系统出瞳面分布为：

其中，为第n个望远镜子镜在出瞳面处的分布函数，Im()和Re()分别代表求复数的虚部和实部。通过上式可以计算出拼接主镜望远镜系统各子镜偏心误差分布。

本发明与现有技术相比具有的特点：