[发明专利]一种光学遥感相机主动光学系统误差项的仿真方法

说明书

本发明公开了一种光学遥感相机主动光学系统误差项的仿真方法，涉及光学遥感相机集成仿真技术领域。主动光学为了解决发射振动、重力释放、温度变化等因素导致的成像质量下降问题而采用主动校正技术，其仿真过程中误差项的仿真方法及准确性影响主动光学系统仿真的精度。本发明将光学模型、动力学模型和控制算法模型以及各误差项行集运算后组成光、机、控集成仿真，通过不断迭代，直到系统波像差达到要求。本发明将光学相机主动光学校正过程中涉及到的各类误差考虑到主动光学集成仿真中，相比于现有的理想化简化模型，本发明所述仿真方法与实际过程更加接近，仿真结果对设计过程具有更强的参考价值。

技术领域

本发明涉及光学遥感相机集成仿真技术领域，具体为一种光学遥感相机主动光学系统误差项的仿真方法。

背景技术

随着光学遥感成像技术的不断发展，空间光学遥感系统变得越来越复杂，正朝着大口径、大视场、高分辨率的方向发展，相应的加工制造、支撑以及装调的难度正在越来越大，在实际成像过程中，也很容易受到发射、重力环境以及温度因素的干扰，严重影响观测性能，主动光学校正技术是实现光学遥感相机在复杂多变的外界条件下仍然能够高质量成像的关键技术；主动光学将像质检测作为评价标准和反馈通道，通过调节镜面面形和反射镜姿态等方式主动调整系统波像差，从而将成像质量提高到设计水平，国际上光学遥感相机采用主动光学校正的例子很多，不但有单镜主动光学的先例，随着口径的增大，拼接镜主动光学的使用案例也越来越多，总体来说，主动光学校正技术在地基项目上成熟的案例较多，空间主动光学虽然目前还没有在轨的案例，但是已经成为研究热点和未来趋势，不论是地基还是空间主动光学，都要经历大量的地面仿真和试验，需要重点研究。

现有仿真精度主要取决于主动光学校正过程中的各类误差项，所以仿真中各类误差项的仿真尤为重要，主动光学校正过程中的误差项主要包含：光学设计残差、加工面形误差、系统装调残差、重力环境变化引起的误差、热环境变化引起的误差及主动光学校正过程中各模块的误差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种光学遥感相机主动光学系统误差项的仿真方法，解决了上述背景技术中提出的仿真精度主要取决于主动光学校正过程中的各类误差项，所以仿真中各类误差项的仿真尤为重要，主动光学校正过程中的误差项主要包含：光学设计残差、加工面形误差、系统装调残差、重力环境变化引起的误差、热环境变化引起的误差及主动光学校正过程中各模块的误差等问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种光学遥感相机主动光学系统误差项的仿真方法，包括以下步骤：

步骤一：建立相机光学模型，确定光学设计残差；

步骤二：确定反射镜加工误差仿真方法，确定各反射镜加工面形误差；

步骤三：确定系统装调残差，系统装调残差为各反射镜由于装调引起的刚体位移；

步骤四：建立相机结构模型和有限元模型，计算各反射镜由于重力和热环境变化产生的刚体位移和面形变化；

步骤五：建立光学系统波前传感算法模型，并给得到的点扩散函数随机增加波前误差；

步骤六：建立主动光学校正量求解算法模型，并给视场随机增加解算误差；

步骤七：建立相机刚柔耦合动力学模型，计算模型传递函数，建立六自由度主动光学执行机构控制算法模型，并分别给每个自由度调整量随机增加控制误差；

步骤八：将光学模型、动力学模型和控制算法模型及各误差项进行集成仿真计算，并根据计算结果进行迭代。

可选的，步骤一中光学设计残差为各反射镜镜面到成像焦面的波像差。

可选的，步骤二中确定反射镜加工误差仿真方法，以泽尼克系数或者矢高形式模拟各反射镜加工面形误差，建立泽尼克系数或矢高模型，以确定各反射镜加工面形误差。