检测大口径空间光学系统波前像差的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种采用光管阵列拼接检测大口径空间光学系统波前像差的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：搭建平行光管阵列，并调整平行光管阵列进行指向一致；步骤2：根据待检光学系统的通光口径、平行光管阵列的光管间距以及平行光管阵列中单光管口径，规划所述平行光管阵列的扫描路径；步骤3：将光管阵列置于四维位移平台上，并对准所述待检光学系统的入光口，按照所规划的扫描路径，进行待检光学系统子孔径波前斜率测量；步骤4：基于子孔径波前斜率及模式波前重构算法，进行运动误差解耦及波前拟合，实现待检光学系统波前误差重构。本发明专利技术在测量过程中无需使用大口径平行光管，降低了大口径空间光学系统外场波前检测的难度及成本。

【技术实现步骤摘要】
检测大口径空间光学系统波前像差的方法及系统
本专利技术属于光学系统
，具体采用光管阵列拼接检测大口径空间光学系统波前像差的方法及系统。
技术介绍
空间光学系统是各类空间对地遥感设备的核心，其成像质量是空间对地观测水平的决定性因素。随着需求的迅猛增长和空间光学技术的不断发展，此类光学系统的口径也不断增大，光学系统成像质量的检测难度也越来越大。尤其是光学系统在外场测试或野外工作时，更需要便捷、可靠的技术手段确保光学系统的波前像差达到其预定指标要求。因此，对于大口径空间光学系统波前像差的检测，迫切需要一种简单有效的新方法。现有的空间光学系统波前像差检测方法主要为平行光管模拟成像法，即利用口径不小于被检光学系统、焦距至少两倍于被检系统的平行光管模拟无穷远目标成像，通过图像分析与处理解算得到被测系统的波前像差。然而随着空间光学系统口径及焦距的不断增大，满足本方法检测需求的大口径、长焦距平行光管的制造成本也越来越大，即便制造出这样的平行光管，其自身的搬运和调整也十分困难，无法满足大口径空间光学系统在外场条件下的检测需求。长春光机所的闫锋提出了基于Hartmann原理的光学系统波前检测技术，使用小口径平行光管扫描检测光学系统，通过测量系统波前斜率信息及进一步拟合得到光学系统出瞳处的波前，具有结构简单，检测成本低等优点。然而，搭载平行光管扫描的装置存在运动误差，将导致平行光管的指向偏差并直接影响检测结果，即使经过指向偏差的事先标定及补偿，仍然难以满足高精度空间光学系统波前像差的检测要求。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术的缺陷，提供一种采用光管阵列拼接检测大口径空间光学系统波前像差的方法及系统。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：提供一种采用光管阵列拼接检测大口径空间光学系统波前像差的方法，包括如下步骤：步骤1：搭建平行光管阵列，并调整所述平行光管阵列进行指向一致；步骤2：根据待检光学系统的通光口径、所述平行光管阵列的光管间距以及所述平行光管阵列中单光管口径，规划所述平行光管阵列的扫描路径；步骤3：将光管阵列置于四维位移平台上，并对准所述待检光学系统的入光口，按照所规划的扫描路径，进行所述待检光学系统子孔径波前斜率测量；步骤4：基于所述子孔径波前斜率及模式波前重构算法，进行运动误差解耦及波前拟合，实现所述待检光学系统波前误差重构。一些实施例中，所述步骤1包括以下步骤：步骤11、搭建3×3平行光管阵列并检测确认所述3×3平行光管阵列的九束平行光的波前误差RMS值均优于λ/50；步骤12、在所述平行光管阵列前放置一标准平行平板，在所述标准平行平板前放置一自准直仪，所述自准直仪设置于二维平移台上；步骤13、以所述标准平行平板为基准，调整所述自准直仪经所述标准平行平板反射的光成像于所述自准直仪的探测器中心；步骤14、调整所述平行光管阵列的小平行光管姿态使所述小平行光管发出的光也成像于所述自准直仪的探测器中心；步骤15、调整所述二维平移台使所述自准直仪对准所述平行光管阵列下一个小平行光管，重复步骤13、步骤14的操作；步骤16、当所述自准直仪完成对所述平行光管阵列所有小平行光管的调整后，所述平行光管阵列的所有小平行光管的指向一致。一些实施例中，所述步骤2中，根据待检光学系统的通光口径、所述平行光管阵列的光管间距以及所述平行光管阵列中单光管口径，计算检测的最优采样密度，来规划所述平行光管阵列的扫描路径。一些实施例中，步骤2包括以下步骤：检测的最优采样密度l满足且l应可以被L整除；其中，L为光管阵列相邻光管的间距为，d为单光管口径。一些实施例中，步骤3包括以下步骤：步骤31、将所述平行光管阵列置于四维位移平台上，并对准所述待检光学系统的入光口，设置所述平行光管阵列及四维位移平台的初始参数；步骤32、所述四维位移平台控制所述平行光管阵列至初始扫描位置，顺序点亮和关闭位于所述待检光学系统通光口径内的所述平行光管阵列的小平行光管，同时利用所述待检光学系统的焦面传感器完成多个光斑图像的采集；步骤33、计算各个所述光斑图像的质心坐标并存储；步骤34、将所述平行光管阵列按照规划的扫描路径移动至下一检测驻留点，重复步骤32、33的操作，直至所述平行光管阵列遍历整个所述待检光学系统的通光口径，最终得到所述待检光学系统所有子孔径的波前斜率数据。一些实施例中，所述步骤4中，基于所述子孔径波前斜率及模式波前重构算法，进行运动误差解耦及波前拟合，实现所述待检光学系统波前误差重构，包括以下步骤：以模式波前重构算法为基础，在斜率Zernike多项式的模式基底下增加所述平行光管阵列每一次扫描运动的倾斜项，解算得到斜率Zernike像差系数和所述平行光管阵列的运动倾斜项系数，将所述平行光管阵列的运动误差从待拟合的系统波前中分离出来，重构待检光学系统的波前误差。一些实施例中，所述四维位移平台为电控四维位移平台。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：提供一种检测大口径空间光学系统波前像差的系统，包括：包括：平行光管阵列、扫描路径规划模块、四维位移平台、数据处理模块及待检光学系统；所述扫描路径规划模块，用于根据待检光学系统的通光口径、所述平行光管阵列的光管间距以及所述平行光管阵列中单光管口径，规划所述平行光管阵列的扫描路径，所述平行光管阵列设置于所述四维位移平台上；参数设定模块，用于设定所述平行光管阵列及所述四维位移平台的初始参数；所述平行光管阵列，用于根据规划的扫描路径对所述待检光学系统的入光口进行扫描，进行所述待检光学系统子孔径波前斜率测量；所述待检光学系统，用于采集所述平行光管阵列扫描过程中的光斑图像；所述数据处理模块，用于计算各个所述光斑图像的质心坐标，并存储；还用于基于所述子孔径波前斜率及模式波前重构算法，进行运动误差解耦及波前拟合，实现所述待检光学系统波前误差重构。一些实施例中，所述扫描路径规划模块根据待检光学系统的通光口径、所述平行光管阵列的光管间距以及所述平行光管阵列中单光管口径，计算检测的最优采样密度，来规划所述平行光管阵列的扫描路径；所述检测的最优采样密度l满足且l应可以被L整除；其中，L为光管阵列相邻光管的间距为，d为单光管口径。本专利技术的有益效果在于：1)本专利技术提出利用光管阵列扫描检测大口径空间光学系统波前像差的方法，利用扫描过程中的重叠面积拼接精确重构得到光学系统的波前像差。在测量过程中无需使用大口径平行光管，降低了大口径空间光学系统外场波前检测的难度和成本。2)本专利技术提出的利用光管阵列扫描检测大口径空间光学系统波前像差的方法，无需标定扫描装置的运动误差，可直接利用光管阵列扫描过程中的重叠面积解耦得到光管阵列的指向偏差量，可有效提高大口径光学系统波前像差的检测精度。附图说明图1为本专利技术采用光管阵列拼接检测大口径空间光学系统波前像差的方法一个实施例中平行光管阵列标定装置的示意图。图2为本专利技术采用光管阵列拼接检测大口径空间光学系统波前像差的方法一个实施例中子孔径排布示意图。图3为采用光管阵列拼接检测大口径光学系统方法的结构装置示意图。图中，1、平行光管阵列，2、标准平行平板，3、自准直仪，4、二维电控平移台，5、待检光学系统的通光口径，6、拼接检测的子孔径，7、电控四维位移平台，8、待检光学系统，9、光学系统焦面上的图像传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用光管阵列拼接检测大口径空间光学系统波前像差的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：搭建平行光管阵列，并调整所述平行光管阵列进行指向一致；步骤2：根据待检光学系统的通光口径、所述平行光管阵列的光管间距以及所述平行光管阵列中单光管口径，规划所述平行光管阵列的扫描路径；步骤3：将光管阵列置于四维位移平台上，并对准所述待检光学系统的入光口，按照所规划的扫描路径，进行所述待检光学系统子孔径波前斜率测量；步骤4：基于所述子孔径波前斜率及模式波前重构算法，进行运动误差解耦及波前拟合，实现所述待检光学系统波前误差重构。

【技术特征摘要】
1.一种采用光管阵列拼接检测大口径空间光学系统波前像差的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：搭建平行光管阵列，并调整所述平行光管阵列进行指向一致；步骤2：根据待检光学系统的通光口径、所述平行光管阵列的光管间距以及所述平行光管阵列中单光管口径，规划所述平行光管阵列的扫描路径；步骤3：将光管阵列置于四维位移平台上，并对准所述待检光学系统的入光口，按照所规划的扫描路径，进行所述待检光学系统子孔径波前斜率测量；步骤4：基于所述子孔径波前斜率及模式波前重构算法，进行运动误差解耦及波前拟合，实现所述待检光学系统波前误差重构。2.如权利要求1所述的采用光管阵列拼接检测大口径空间光学系统波前像差的方法，其特征在于，所述步骤1包括以下步骤：步骤11、搭建3×3平行光管阵列并检测确认所述3×3平行光管阵列的九束平行光的波前误差RMS值均优于λ/50；步骤12、在所述平行光管阵列前放置一标准平行平板，在所述平行平板前放置一自准直仪，所述自准直仪设置于二维平移台上；步骤13、以所述标准平行平板为基准，调整所述自准直仪经所述标准平行平板反射的光成像于所述自准直仪的探测器中心；步骤14、调整所述平行光管阵列的小平行光管姿态使所述小平行光管发出的光也成像于所述自准直仪的探测器中心；步骤15、调整所述二维平移台使所述自准直仪对准所述平行光管阵列下一个小平行光管，重复步骤13、步骤14的操作；步骤16、当所述自准直仪完成对所述平行光管阵列所有小平行光管的调整后，所述平行光管阵列的所有小平行光管的指向一致。3.如权利要求1所述的采用光管阵列拼接检测大口径空间光学系统波前像差的方法，其特征在于，所述步骤2中，根据待检光学系统的通光口径、所述平行光管阵列的光管间距以及所述平行光管阵列中单光管口径，计算检测的最优采样密度，来规划所述平行光管阵列的扫描路径。4.如权利要求3所述的采用光管阵列拼接检测大口径空间光学系统波前像差的方法，其特征在于，步骤2包括以下步骤：检测的最优采样密度l满足且l应可以被L整除；其中，L为光管阵列相邻光管的间距，d为单光管口径。5.如权利要求1所述的采用光管阵列拼接检测大口径空间光学系统波前像差的方法，其特征在于，步骤3包括以下步骤：步骤31、将所述平行光管阵列置于四维位移平台上，并对准所述待检光学系统的入光口，设置所述平行光管阵列及四维位移平台的初始参数；步骤32、所述四维位移平台控制所述平行光管阵列至初始扫描位置，顺序点亮和关闭位于所述待检光学系统通光口径内的所述平行光管阵列的小平行光管，同时利用所述待检光学系统的焦面传感器完...

【专利技术属性】
技术研发人员：程强，魏海松，薛栋林，胡海翔，张学军，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22