一种空间望远镜结构稳定性在轨测试方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种空间望远镜结构稳定性在轨测试方法和系统，根据空间任务测量精度要求及望远镜稳定性要求，提出一种结合外差干涉测量、差分波前相位探测(DWS)的高精度空间望远镜结构稳定性在轨测试方法。通过截取部分出射光进行干涉，在不影响测量任务的同时，得到空间望远镜的结构稳定性变化。本发明专利技术的方法和系统所采用干涉仪结构稳定紧凑，具有体积小、质量轻、高精度的特点，满足星载望远镜结构稳定性的测试要求。性的测试要求。性的测试要求。

【技术实现步骤摘要】
一种空间望远镜结构稳定性在轨测试方法和系统


[0001]本专利技术涉及一种应用于空间望远镜结构稳定性在轨测试的系统和方法，属于空间测试领域。

技术介绍

[0002]为满足空间任务需求，星载光学元器件需具有优异的结构稳定性，以应对在轨期间周围环境的变化，达到预期的测量要求。为保证测量任务的顺利进行，对关键元件结构稳定性的预先测试就显得尤为重要。此外，为监测星载光学器件在轨实际表现，需考虑一种在不影响卫星正常工作的前提下，体积小、质量轻且测量精度高的辅助测量装置，以测量关键元器件自身结构变化给测量带来的干扰，并在结果中做相应的补偿。当前测试方法存在精度不高及结构复杂等不足，故需要一种结构紧凑、高精度的在轨结构稳定性测试方案。

技术实现思路

[0003]本专利技术解决的技术问题是：针对目前现有技术中，常见的结构稳定性测试方法中精度不足，结构复杂等问题，对已有方案进行优化，提出了一种高精度，简单高效的在轨望远镜测试系统和方法。
[0004]本专利技术解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：一种空间望远镜结构稳定性在轨测试方法，包括：
[0005]星载光学平台出射光束由分束镜BS3分束后，其反射分量入射空间望远镜，其透射分量入射分束镜BS4，经过分束镜BS4的光的反射和透射分量分别由光电探测器PD1和光电探测器PD2接收；
[0006]将本地光为参考光，参考光入射分束镜BS2，经过分束镜BS2后，其反射分量入射分束镜BS4，经过分束镜BS4的光的透射和反射分量分别由光电探测器PD1和PD2接收；参考光经分束镜BS2透射的分量由平面反射镜M1反射至结构稳定性测量装置；
[0007]入射光电探测器PD1的两光束发生干涉，形成参考光拍，由探测器PD1接收；入射光电探测器PD2的两光束发生干涉，形成参考光拍，由探测器PD2接收；
[0008]经过空间望远镜的出射光被结构稳定性测量装置部分截取，被截取的光束和经平面反射镜M1反射的光束在结构稳定性测量装置中发生干涉，形成测量拍，由结构稳定性测量装置中的四象限探测器接收；
[0009]由光电探测器PD1、PD2和四象限探测器QPD输出的信号经滤波器滤波且进行模数转换后输入到数字相位计中，经处理后得到轴向信号以及差分波前相位探测DWS信号；
[0010]对得到的轴向信号LPS及差分波前相位探测DWS信号进行数据处理，得到空间望远镜结构沿轴向的变化量Δz，以及在方位和俯仰方向的变化量θ
y
、θ
x
。
[0011]进一步的，所述结构稳定性测量装置包括平面反射镜M2、透镜L、分束镜BS5以及四象限探测器；
[0012]被截取的光束经由平面反射镜M2反射至透镜L，经透镜L聚焦后的光束入射分束镜
BS5，其透射分量由四象限探测器QPD接收；经平面反射镜M1反射的光束入射分束镜BS5，经分束镜BS5反射后由四象限探测器QPD接收；入射四象限探测器QPD的两光束发生干涉，形成测量拍，由四象限探测器接收。
[0013]进一步的，所述结构稳定性测量装置分别置于多点，测量空间望远镜各部分结构稳定性变化；或截取经过空间望远镜的出射光不同部分，由此得到空间望远镜对于空间望远镜的出射光波前的影响。
[0014]进一步的，所述分束镜BS2、分束镜BS3、分束镜BS4和分束镜BS5皆为非偏振分束镜，且透反比为50:50。
[0015]进一步的，所述轴向信号LPS为：
[0016][0017]其中，四象限探测器各象限分别得到相位结果为Φ
A
、Φ
B
、Φ
C
和Φ
D
。
[0018]进一步的，所述差分波前相位探测DWS信号用于测量两光束波前偏角，分为水平DWS信号DWS
h
和竖直DWS信号DWS
v
，分别为：
[0019][0020][0021]其中，为四象限探测器左侧两象限平均相位；为四象限探测器右侧两象限平均相位；为四象限探测器上侧两象限平均相位；为四象限探测器下侧两象限平均相位。
[0022]进一步的，所述空间望远镜结构沿轴向的变化量Δz由探测器PD输出的参考信号和四象限探测器QPD输出的测量信号得到，计算公式为：
[0023][0024]进一步的，所述空间望远镜结构在方位和俯仰方向的变化量θ
y
、θ
x
由四象限探测器输出的差分波前相位探测DWS信号得到：
[0025]DWS
h
＝C
h
θ
y
，
[0026]DWS
v
＝C
v
θ
x
，
[0027]预先对四象限探测器进行标定，得到比例系数C
h
、比例系数C
v
，通过所得到差分波前相位探测信号，计算空间望远镜结构在方位和俯仰方向的变化量θ
y
，θ
x
。
[0028]一种空间望远镜结构稳定性在轨测试系统，包括：结构稳定性测量装置、分束镜BS2、分束镜BS3、分束镜BS4、反射镜M1、光电探测器PD1和光电探测器PD2；
[0029]星载光学平台出射光束由分束镜BS3分束后，其反射分量入射空间望远镜，其透射分量入射分束镜BS4，经过分束镜BS4的光的反射和透射分量分别由光电探测器PD1和光电探测器PD2接收；
[0030]将本地光为参考光，参考光入射分束镜BS2，经过分束镜BS2后，其反射分量入射分
束镜BS4，经过分束镜BS4的光的透射和反射分量分别由光电探测器PD1和PD2接收；参考光经分束镜BS2透射的分量由平面反射镜M1反射至结构稳定性测量装置；
[0031]入射光电探测器PD1的两光束发生干涉，形成参考光拍，由探测器PD1接收；入射光电探测器PD2的两光束发生干涉，形成参考光拍，由探测器PD2接收；
[0032]经过空间望远镜的出射光被结构稳定性测量装置部分截取，被截取的光束和经平面反射镜M1反射的光束在结构稳定性测量装置中发生干涉，形成测量拍，由结构稳定性测量装置中的四象限探测器接收。
[0033]进一步的，所述结构稳定性测量装置包括平面反射镜M2、透镜L、分束镜BS5以及四象限探测器；
[0034]被截取的光束经由平面反射镜M2反射至透镜L，经透镜L聚焦后的光束入射分束镜BS5，其透射分量由四象限探测器QPD接收；经平面反射镜M1反射的光束入射分束镜BS5，经分束镜BS5反射后由四象限探测器QPD接收；入射四象限探测器QPD的两光束发生干涉，形成测量拍，由四象限探测器接收。
[0035]本专利技术与现有技术相比的优点在于：
[0036](1)本专利技术提供了一种高精度的在轨结构稳定性测试方法，采用了反射镜、透镜、分束镜和四象限探测器的集合，可截取待测样品各处部分光束进行测量，由此得到样品各部分对光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空间望远镜结构稳定性在轨测试方法，其特征在于，包括：星载光学平台出射光束由分束镜BS3分束后，其反射分量入射空间望远镜，其透射分量入射分束镜BS4，经过分束镜BS4的光的反射和透射分量分别由光电探测器PD1和光电探测器PD2接收；将本地光为参考光，参考光入射分束镜BS2，经过分束镜BS2后，其反射分量入射分束镜BS4，经过分束镜BS4的光的透射和反射分量分别由光电探测器PD1和PD2接收；参考光经分束镜BS2透射的分量由平面反射镜M1反射至结构稳定性测量装置；入射光电探测器PD1的两光束发生干涉，形成参考光拍，由探测器PD1接收；入射光电探测器PD2的两光束发生干涉，形成参考光拍，由探测器PD2接收；经过空间望远镜的出射光被结构稳定性测量装置部分截取，被截取的光束和经平面反射镜M1反射的光束在结构稳定性测量装置中发生干涉，形成测量拍，由结构稳定性测量装置中的四象限探测器接收；由光电探测器PD1、PD2和四象限探测器QPD输出的信号经滤波器滤波且进行模数转换后输入到数字相位计中，经处理后得到轴向信号以及差分波前相位探测DWS信号；对得到的轴向信号LPS及差分波前相位探测DWS信号进行数据处理，得到空间望远镜结构沿轴向的变化量Δz，以及在方位和俯仰方向的变化量θ
y
、θ
x
。2.根据权利要求1所述的一种空间望远镜结构稳定性在轨测试方法，其特征在于：所述结构稳定性测量装置包括平面反射镜M2、透镜L、分束镜BS5以及四象限探测器；被截取的光束经由平面反射镜M2反射至透镜L，经透镜L聚焦后的光束入射分束镜BS5，其透射分量由四象限探测器QPD接收；经平面反射镜M1反射的光束入射分束镜BS5，经分束镜BS5反射后由四象限探测器QPD接收；入射四象限探测器QPD的两光束发生干涉，形成测量拍，由四象限探测器接收。3.根据权利要求2所述的一种空间望远镜结构稳定性在轨测试方法，其特征在于：所述结构稳定性测量装置分别置于多点，测量空间望远镜各部分结构稳定性变化；或截取经过空间望远镜的出射光不同部分，由此得到空间望远镜对于空间望远镜的出射光波前的影响。4.根据权利要求3所述的一种空间望远镜结构稳定性在轨测试方法，其特征在于：所述分束镜BS2、分束镜BS3、分束镜BS4和分束镜BS5皆为非偏振分束镜，且透反比为50:50。5.根据权利要求1所述的一种空间望远镜结构稳定性在轨测试方法，其特征在于：所述轴向信号LPS为：其中，四象限探测器各象限分别得到相位结果为Φ
A
、Φ
B
、Φ
C
和Φ
D
。6.根据权利要求5所述的一种空间望远镜结构稳定性在轨测试方法，其特征在于：所述差分波前相位探测DWS信号用于测量两光束波前偏角，分为水平DWS信号DWS
h
和竖直...

【专利技术属性】
技术研发人员：林栩凌，吴金贵，吴铠岚，王小勇，郑永超，白绍竣，郭忠凯，王芸，谈宜东，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：