稀疏孔徑空間望遠鏡子鏡誤差校正方法的研究

《稀疏孔徑空間望遠鏡子鏡誤差校正方法的研究》是依託蘇州科技大學，由吳泉英擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：稀疏孔徑空間望遠鏡子鏡誤差校正方法的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：吳泉英
• 依託單位：蘇州科技大學

項目摘要

高解析度空間遙感器需要大口徑光學系統，但材料、製造、工藝和發射等方面都制約大口徑光學系統的研製。稀疏孔徑光學系統套用於空間望遠鏡設計中，克服了大口徑光學系統設計、製造和發射等方面的問題。稀疏孔徑是用特定排列的小光學口徑來代替大口徑，減輕了系統的重量，獲得相同解析度。稀疏孔徑各子鏡的誤差檢測與控制是稀疏孔徑望遠鏡需要解決的關鍵問題。本項目擬在傳統相位差異法的基礎上，根據系統子鏡受裝調及外界因素的影響，提出一種能調節數值算法初始條件的方法，從而提高子鏡誤差估算的準確度；運用ZEMAX軟體仿真研究初始條件對系統成像質量的影響；設計一三子鏡反射式望遠鏡，利用已知相位差異的相位元件對目標物成像；根據以上改進的相位差異法從實驗上進行稀疏孔徑望遠鏡的共相位檢測與控制研究。本項目將為進一步研究稀疏孔徑望遠鏡共相位檢測與控制打下基礎。

結題摘要

高解析度空間遙感器需要大口徑光學系統，但材料、製造、工藝和發射等方面都制約著大口徑光學系統的研製。稀疏孔徑光學系統套用於空間望遠鏡設計中，克服了大口徑光學系統設計、製造和發射等方面的問題。本項目在傳統相位差異法的基礎上，根據子鏡受裝調及外界因素的影響，提出一種能調整稀疏孔徑參考子鏡的方法，從而提高子鏡誤差估算的準確性；探索了噪聲以及望遠鏡的系統參數如波段寬度、視場對子鏡誤差檢測精度的影響，並分別從理論上提出相應的改進方法；設計並搭建了Golay3稀疏孔徑望遠鏡原理樣機，對其進行了公差和有限元分析，並進行了成像實驗；以Golay3稀疏孔徑望遠鏡為成像系統，搭建了相位差異法的實驗光路對子鏡的誤差進行估算，得出估算結果後再利用壓電陶瓷平台對子鏡的誤差進行校正，最後通過相位差異法進行圖像恢復。分析結果表明：通過計算每個子鏡的焦面像與原始目標物之間的算術平均值標準偏差（Arithmetic mean standard deviation-AMSD），將AMSD值最小的子鏡設為基準子鏡有效地提高相位差異法的估算精度；利用經過濾波切趾處理後的圖像進行計算的相位差異法表現要遠遠優於利用未處理圖像進行計算的的相位差異法，其計算結果的RMS是圖像未經處理的相位差異法計算結果RMS的三分之一至二分之一，計算時間縮短近了近四分之三；此外，波長採樣寬度越小，對於寬波段照明下的子鏡誤差檢測精度就越高；利用雙澤尼克多項式係數表征波前誤差可有效地提高考慮視場情況下的子鏡誤差檢測精度；利用克拉美羅低界理論（Cramér-Rao Lower Bound-CRLB）可以確定最佳離焦量、焦面和離焦面的分光比從而提高在噪聲存在情況下的子鏡誤差檢測精度。Golay3稀疏孔徑望遠鏡的成像以及相位差異法實驗結果表明：與傳統的相位差異法相比，利用改進後的相位差異法的子鏡誤差估算值對相應子鏡進行誤差校正，誤差校正後的望遠鏡成像清晰度及細節解析度有了明顯提高。