视向速度测量的系外行星天基高精度探测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种视向速度测量的系外行星天基高精度探测系统及方法，该系统包括入射光调整模块等，入射光调整模块用于对入射的待观测宿主恒星发出的光进行准直；外差干涉模块包括两个反射光栅和一个分光镜，外差干涉模块通过分光镜将入射的宿主恒星光分光成两束光，分别入射到两个反射光栅上发生衍射，再次经过分光镜汇合，形成干涉光；图像采集与数据处理模块包括探测器和数据处理器，图像采集与数据处理模块接收外差干涉模块的出射光，由探测器对干涉条纹进行采集，并将获得的信息传送给数据处理器。本发明专利技术采用外差干涉式视向速度测量技术，基于外差干涉式光谱分析原理，可实现高分辨率光谱观测，测量相应的视向速度，从而实现系外行星的探测。

Space based high-precision detection system and method of exoplanet for radial velocity measurement

The invention discloses a visual detection system and method of high precision exoplanet space-based velocity measurement, the system includes incident light adjustment module, incident light adjustment module is used for the incident to be observed by the host star light collimation; heterodyne interference module includes two reflection grating and a spectroscope, heterodyne interferometry the incident of the host module through the spectroscope starlight divided into two light beam of light are incident two diffraction reflection grating spectroscope, again after convergence, the formation of optical interference; image acquisition and data processing module includes a detector and a data processor, image acquisition and data processing module receives the optical heterodyne interference module on the fringes, collected by the detector, and transmits information to the data processor. The invention adopts heterodyne interference type velocity measuring technology, heterodyne interferometric spectrum analysis based on the principle, can realize the observation of high resolution spectral measurement, the corresponding velocity, so as to realize the detection of extrasolar planets.

【技术实现步骤摘要】
视向速度测量的系外行星天基高精度探测系统及方法
本专利技术涉及一种探测系统及方法，特别是涉及一种视向速度测量的系外行星天基高精度探测系统及方法。
技术介绍
行星与宿主恒星由于引力作用，会绕它们共同的质心做开普勒运动，引起恒星的运动速度发生周期性的变化。视向速度测量原理基于多普勒效应。以地球为观测点时，由于多普勒效应，宿主恒星靠近地球的时候，其光谱会发生蓝移，而当宿主恒星远离地球的时候，其光谱会发生红移。通过对光谱进行分析，可解算出被观测宿主恒星的视向速度。通过对视向速度观测数据的拟合，可以得到宿主恒星的视向速度振幅、轨道相关信息，通过行星与宿主恒星的引力作用关系可得到行星的信息。目前系外行星视向速度观测主要以地基观测为主，天基观测相比于地面观测避免了地球大气的影响，成为系外行星观测的重点发展方向，部分天基观测系统已配置相应设备。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种视向速度测量的系外行星天基高精度探测系统及方法，其能够通过外差干涉式视向速度测量技术对系外行星天基进行高精度探测。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种视向速度测量的系外行星天基高精度探测系统，其特征在于，所述视向速度测量的系外行星天基高精度探测系统包括待观测寄宿行星、待观测宿主恒星、入射光调整模块、外差干涉模块、图像采集与数据处理模块，入射光调整模块用于对入射的一个待观测宿主恒星发出的光进行准直；外差干涉模块包括两个反射光栅和一个分光镜，外差干涉模块通过分光镜将入射的宿主恒星光分光成两束光，分别入射到两个反射光栅上发生衍射，再次经过分光镜汇合，形成干涉光；图像采集与数据处理模块包括探测器和数据处理器，图像采集与数据处理模块接收外差干涉模块的出射光，由探测器对干涉条纹进行采集，并将获得的信息传送给数据处理器，数据处理器结合一个待观测寄宿行星和待观测宿主恒星由于引力作用所形成的周期性运动关系对获取的信号进行处理，解算视向速度信息。优选地，所述视向速度测量的系外行星天基高精度探测系统同样适用于系外行星地基高精度探测。本专利技术提供一种视向速度测量的系外行星天基高精度探测方法，包括以下步骤：步骤一，待观测寄宿行星与待观测宿主恒星由于引力形成相对运动；步骤二，待观测宿主恒星发出的光经前端光学系统收集及处理后进入入射光调整模块；步骤三，入射光调整模块对入射光进行准直；步骤四，外差干涉模块对准直后的入射光进行分光、衍射、干涉；步骤五，外差干涉模块由两个反射光栅、分光镜组成；步骤六，射的宿主恒星光经分光镜分光形成两束，分别入射到两个反射光栅上发生衍射，再次经过分光镜汇合，形成干涉；步骤七，图像采集与数据处理模块，接收外差干涉模块的出射光，进行干涉条纹采集和数据处理；图像采集与数据处理模块包含探测器和数据处理器；步骤八，探测器对干涉条纹进行采集，并将获得的信息传送给数据处理器；步骤九，数据处理器对获取的信号进行处理，解算速度信息。本专利技术的积极进步效果在于：本专利技术利用外差干涉式光谱分析原理观测宿主恒星的光谱变化，测量宿主恒星的视向速度信息，从而实现系外行星的观测。利用本专利技术，可精确测量宿主恒星的光谱多普勒变化，测算宿主恒星的视向速度，实现系外行星的天基高精度探测。附图说明图1为本专利技术的原理示意图。具体实施方式下面结合附图给出本专利技术较佳实施例，以详细说明本专利技术的技术方案。如图1所示，本专利技术视向速度测量的系外行星天基高精度探测系统包括入射光调整模块3、外差干涉模块4、图像采集与数据处理模块7，入射光调整模块3用于对入射的一个待观测宿主恒星2发出的光进行准直；外差干涉模块4包括两个反射光栅5和一个分光镜6，外差干涉模块4通过分光镜6将入射的宿主恒星光分光成两束光，分别入射到两个反射光栅5上发生衍射，再次经过分光镜6汇合，形成干涉光；图像采集与数据处理模块7包括探测器8和数据处理器9，图像采集与数据处理模块7接收外差干涉模块4的出射光，由探测器8对干涉条纹进行采集，并将获得的信息传送给数据处理器9，数据处理器9结合一个待观测寄宿行星1和待观测宿主恒星2由于引力作用所形成的周期性运动关系对获取的信号进行处理，解算视向速度信息。视向速度测量的系外行星天基高精度探测系统同样适用于系外行星地基高精度探测。本专利技术还提供一种视向速度测量的系外行星天基高精度探测方法，包括以下步骤：步骤一，待观测寄宿行星1与待观测宿主恒星2由于引力形成相对运动；步骤二，待观测宿主恒星2发出的光经前端光学系统(如望远镜)收集及处理后进入入射光调整模块3；步骤三，入射光调整模块3对入射光进行准直；步骤四，外差干涉模块4对准直后的入射光进行分光、衍射、干涉；步骤五，外差干涉模块4由两个反射光栅5、分光镜6组成；步骤六，射的宿主恒星光经分光镜6分光形成两束，分别入射到两个反射光栅5上发生衍射，再次经过分光镜6汇合，形成干涉；步骤七，图像采集与数据处理模块7，接收外差干涉模块4的出射光，进行干涉条纹采集和数据处理；图像采集与数据处理模块7包含探测器8和数据处理器9；步骤八，探测器8对干涉条纹进行采集，并将获得的信息传送给数据处理器9；步骤九，数据处理器9对获取的信号进行处理，解算速度信息。本专利技术的工作原理如下：本专利技术的目的在于提供一种采用外差干涉式视向速度测量技术的系外行星天基高精度探测系统，该系统利用外差干涉式光谱分析原理，观测宿主恒星的光谱变化，测量宿主恒星的视向速度信息，从而实现系外行星的观测。利用本专利技术，可精确测量宿主恒星的光谱多普勒变化，测算宿主恒星的视向速度，实现系外行星的天基高精度探测，结合实例其具体流程如下：(1)按功能划分为入射光调整模块、外差干涉模块、图像采集与数据处理模块；(2)目标待观测宿主恒星作为光源，其发出的光经入射光调整模块调整后进入后续的外差干涉模块；(3)外差干涉模块对入射光谱进行筛选，并形成干涉条纹。宿主恒星由于多普勒效应，其光谱会周期性产生红移、蓝移交替，观测的干涉条纹将产生漂移，体现为相位漂移；(4)图像采集与数据处理模块对干涉条纹进行成像并进行信息采集，对获取的干涉图进行傅里叶变化，获取频谱信息；滤去干扰频谱后，进行傅里叶逆变换，可解算出干涉条纹的相位漂移量，从而解算宿主恒星相的视向速度信息；(5)对视向速度观测数据的拟合，可以得到宿主恒星的视向速度振幅、轨道相关信息，通过行星与宿主恒星的引力作用关系可得到行星的信息。本文提出的采用外差干涉式视向速度测量技术的系外行星天基高精度探测系统基于以下原理提出，其具体包含：一，光谱多普勒效应。目标光源与观测者存在相对速度时，观测到的光谱将产生多普勒效应，产生红移或蓝移。当视向速度为v时，观测到的恒星光波长由λ变为λ′，两者关系为λ′＝(c+v)·λ/c。二，外差干涉光谱技术。将光栅引入光学干涉结构中形成空间外差干涉结构，并设置两干涉臂长度相差为Δd。光程差Δd与相位的关系为光谱频移前后，相位变化量为三，恒星与行星。目标宿主恒星与其寄宿行星间由于引力作用形成周期性运动。运动的速度及变化程度与宿主恒星、寄宿行星直接相关。本专利技术采用外差干涉式视向速度测量技术的系外行星天基高精度探测系统，由于采取上述的原理方案，将光栅的选频特性引入光学干涉中，实现光谱空间外差探测；通过设置光程差，实现待测速度到相位的转化；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种视向速度测量的系外行星天基高精度探测系统，其特征在于，所述视向速度测量的系外行星天基高精度探测系统包括待观测寄宿行星、待观测宿主恒星、入射光调整模块、外差干涉模块、图像采集与数据处理模块，入射光调整模块用于对入射的一个待观测宿主恒星发出的光进行准直；外差干涉模块包括两个反射光栅和一个分光镜，外差干涉模块通过分光镜将入射的宿主恒星光分光成两束光，分别入射到两个反射光栅上发生衍射，再次经过分光镜汇合，形成干涉光；图像采集与数据处理模块包括探测器和数据处理器，图像采集与数据处理模块接收外差干涉模块的出射光，由探测器对干涉条纹进行采集，并将获得的信息传送给数据处理器，数据处理器结合一个待观测寄宿行星和待观测宿主恒星由于引力作用所形成的周期性运动关系对获取的信号进行处理，解算视向速度信息。

【技术特征摘要】
1.一种视向速度测量的系外行星天基高精度探测系统，其特征在于，所述视向速度测量的系外行星天基高精度探测系统包括待观测寄宿行星、待观测宿主恒星、入射光调整模块、外差干涉模块、图像采集与数据处理模块，入射光调整模块用于对入射的一个待观测宿主恒星发出的光进行准直；外差干涉模块包括两个反射光栅和一个分光镜，外差干涉模块通过分光镜将入射的宿主恒星光分光成两束光，分别入射到两个反射光栅上发生衍射，再次经过分光镜汇合，形成干涉光；图像采集与数据处理模块包括探测器和数据处理器，图像采集与数据处理模块接收外差干涉模块的出射光，由探测器对干涉条纹进行采集，并将获得的信息传送给数据处理器，数据处理器结合一个待观测寄宿行星和待观测宿主恒星由于引力作用所形成的周期性运动关系对获取的信号进行处理，解算视向速度信息。2.如权利要求1所述的视向速度测量的系外行星天基高精度探测系统，其特征在于，所述视...

【专利技术属性】
技术研发人员：张嵬，谢攀，王伟，黄帆，何振宁，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31