一种拼接望远镜系统色散共相检测波长标定方法技术方案

本发明专利技术涉及一种拼接望远镜系统色散共相检测波长标定方法，包括：步骤S1，构建拼接望远镜系统；步骤S2，使中心子镜保持静止，中心子镜与第i个非中心子镜之间的初始绝对光程差为h

【技术实现步骤摘要】
一种拼接望远镜系统色散共相检测波长标定方法


[0001]本专利技术涉及拼接望远镜领域，更具体地涉及一种拼接望远镜系统色散共相检测波长标定方法。

技术介绍

[0002]人类对宇宙的认知与探索越发迫切，需要更高分辨率的光学望远镜。众所周知，望远镜分辨率与其口径成正比。如果需要观测恒星表面细节，要求望远镜的角分辨率优于0.01角秒；如果在近红外波段进行观测，则要求望远镜的口径达到20米以上。受当前制造技术、物力成本等因素限制，迄今为止能够建造的单镜面望远镜的最大口径为8.4米。此外，过大的口径给望远镜主镜支撑设计以及主镜运输与安装调试都增加了难度。在现有技术条件下，制造单口径为几十米的望远镜在技术上和经济上都非常困难。
[0003]拼接望远镜技术是一种实现望远镜高分辨率的有效途径。拼接望远镜采用多个子镜，通过光束合成来实现等效口径的分辨率。单个子镜的镜面尺寸小、重量轻、成本低，且排布灵活。拼接望远镜的典型代表为GMT，它由7块8.4米口径的子镜组成，共相后可获得等效口径为25.4米望远镜的分辨率。这种望远镜不需要大行程的延迟线检测与光程差补偿，结构紧凑，可瞬时直接成像。来自拼接子镜的各子光束必须在系统焦面上同位相相干叠加，且其位相差需要控制在十分之一波长范围内，这是拼接望远镜实现干涉成像从而获得接近衍射极限分辨率的前提条件。拼接望远镜中的平移误差探测与控制技术已成为相关领域研究的热点之一，而基于色散干涉条纹的共相检测是一种兼顾测量精度与测量范围的最优方法之一。
[0004]美国加州理工大学喷气动力实验室Fang Shi等人最早提出了基于色散干涉条纹的共相检测法，用于Keck拼接望远镜子镜间的共相位检测(参见：Experimental verification of dispersed fringe sensing as a segment phasing technique using the Keck telescope，Applied Optics Vol.43,Issue 23,pp.4474
‑
4481(2004))。仿真计算和实验结果表明该方法的测量范围大，测量精度优于0.1μm。但是该方法需要事先在色散方向上对波长进行精确标定，文中并没有给出具体的标定方法。
[0005]在申请号为200810000577.7的中国专利申请中提出了一种用于绝对距离测量的二维色散条纹分析方法，可用于拼接望远镜系统以实现共相检测。该方法测量范围大，测量精度高。但该方法中在实际使用时也需要对色散方向上的干涉条纹进行精确的波长标定，专利中并没有给出具体的标定方法。
[0006]在申请号为201610288401.0的中国专利申请中提出了一种拼接望远镜共相控制装置与控制方法，该方法可以有效实现平移、倾斜及高阶像差的实时探测和补偿校正，测量范围大，测量精度高。但该方法中在实际使用时也需要对色散方上的干涉条纹进行精确的波长标定，专利中并没有给出具体的标定方法。
[0007]在申请号为201910248039.8的中国专利申请中提出了一种基于干涉成像光谱仪的高精度波长定标方法，该方法需要采用若干不同波长的单色光作为光源以采集足够多的
数据用于波长标定，成本高，实现复杂，难以直接用于拼接望远镜系统以实现共相检测的波长标定。
[0008]因此，需要开发一种拼接望远镜系统色散共相检测波长标定方法。

技术实现思路

[0009]为解决上述现有技术中的问题，本专利技术提供一种拼接望远镜系统色散共相检测波长标定方法，以克服现有色散共相检测波长标定技术的不足，减小实现复杂度与成本。
[0010]本专利技术提供的一种拼接望远镜系统色散共相检测波长标定方法，包括：
[0011]步骤S1，构建拼接望远镜系统，包括拼接望远镜、平移误差探测器和波前控制器和波前控制器，所示拼接望远镜包括拼接子镜组，拼接子镜组包括一中心子镜以及若干围绕该中心子镜圆形排布的非中心子镜；
[0012]步骤S2，使中心子镜保持静止，令i＝1，中心子镜与第i个非中心子镜之间的初始绝对光程差为h
i
；
[0013]步骤S3，令n＝1，通过所述波前控制器向第i个非中心子镜的驱动器施加相应的驱动电压，驱动第i个非中心子镜进行平移，以使第i个非中心子镜与中心子镜之间的绝对光程差变为h
i
+n*S
i
，同时利用所述平移误差探测器采集该第i个非中心子镜与中心子镜之间的第n帧色散干涉条纹图像
[0014]步骤S4，判断n是否等于M，M＝非中心子镜的驱动器的行程/非中心子镜的驱动器的分辨率，若是，则进入步骤S5；若否，则令n＝n+1，重复步骤S3；
[0015]步骤S5，对采集到的第i个非中心子镜与中心子镜之间的色散干涉条纹图像进行波长标定；
[0016]步骤S6，令i＝i+1，重复步骤S3
‑
步骤S5，直到所有的非中心子镜与中心子镜的色散干涉条纹完成波长标定。
[0017]进一步地，S
i
大于等于非中心子镜的驱动器分辨率的两倍。
[0018]进一步地，所述步骤S5包括：
[0019]步骤S51，针对第i个非中心子镜与中心子镜之间的第n帧色散干涉条纹图像以色散方向为x轴、以该第i个非中心子镜与中心子镜构成的拼接子镜的基线方向为y轴建立坐标系，在y轴方向包括N条一维子条纹；
[0020]步骤S52，令j＝1，令n＝1，计算第n帧色散干涉条纹图像中第j条一维子条纹含有平移误差正负信息的峰值比
[0021]步骤S53，判断n是否等于M，若是，则进入步骤S54；若否，则令n＝n+1，重复步骤S52，获取在第j条一维子条纹位置处的多帧数据；
[0022]步骤S54，针对在第j条一维子条纹位置处的多帧数据，构建一维信号序列获取第j条一维子条纹对应的波长；
[0023]步骤S55，判断j是否等于N，若是，则进入步骤S56；若否，则令j＝j+1，重复步骤S52
‑
步骤S54，直至获得所有一维子条纹对应的波长数据λ
j
(j＝1，
…
，N)；
[0024]步骤S56，对所有一维子条纹对应的波长数据λ
j
(j＝1，
…
，N)进行线性拟合，得到
最终的波长标定结果。
[0025]进一步地，所述步骤S52中第j条一维子条纹含有平移误差正负信息的峰值比限据下式计算：
[0026][0027]其中，I2(j)表示第j条一维子条纹的第二峰值强度、y2(j)表示第二峰值位置、I3(j)表示第三峰值强度，y3(j)表示第三峰值位置，sign[]为符号函数。
[0028]本专利技术在拼接望远镜实现粗共相后，依次驱动各非中心子镜产生平移，采集各非中心子镜与中心子镜间的二维色散干涉条纹，对多帧色散干涉条纹进行计算分析，从而实现色散干涉条纹的波长标定。本专利技术无需对原有的望远镜系统做任何的改本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种拼接望远镜系统色散共相检测波长标定方法，其特征在于，包括：步骤S1，构建拼接望远镜系统，包括拼接望远镜、平移误差探测器和波前控制器和波前控制器，所示拼接望远镜包括拼接子镜组，拼接子镜组包括一中心子镜以及若干围绕该中心子镜圆形排布的非中心子镜；步骤S2，使中心子镜保持静止，令i＝1，中心子镜与第i个非中心子镜之间的初始绝对光程差为h
i
；步骤S3，令n＝1，通过所述波前控制器向第i个非中心子镜的驱动器施加相应的驱动电压，驱动第i个非中心子镜进行平移，以使第i个非中心子镜与中心子镜之间的绝对光程差变为h
i
+n*S
i
，同时利用所述平移误差探测器采集该第i个非中心子镜与中心子镜之间的第n帧色散干涉条纹图像步骤S4，判断n是否等于M，M＝非中心子镜的驱动器的行程/非中心子镜的驱动器的分辨率，若是，则进入步骤S5；若否，则令n＝n+1，重复步骤S3；步骤S5，对采集到的第i个非中心子镜与中心子镜之间的色散干涉条纹图像进行波长标定；步骤S6，令i＝i+1，重复步骤S3
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步骤S5，直到所有的非中心子镜与中心子镜的色散干涉条纹完成波长标定。2.根据权利要求1所述的拼接望远镜系统色散共相检测波长标定方法，其特征在于，S
i
大于等于非中心子镜的驱动器分辨率的两倍。3.根据权利要求1所述的拼接望远镜系统色散共相检测波长标定方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜召军，许春，文新荣，
申请(专利权)人：中国科学院上海天文台，
类型：发明
国别省市：