一种提高大口径望远镜波前误差检测精度的方法技术

一种提高大口径望远镜波前误差检测精度的方法。该方法首先构建望远镜光瞳与各个局部小口径光瞳的泽尼克多项式系数转换矩阵，通过各个转换矩阵组合成新的矩阵，并计算该新矩阵的条件数。分别改变局部小孔径光瞳的填充因子、数量以及各个局部小孔径光瞳之间的基线距离来计算相应的新矩阵条件数。条件数的值越小表明利用局部小口径光瞳的波前计算望远镜光瞳波前误差的的精度就越高，该方法为望远镜波前误差检测提供了重要的参数依据。前误差检测提供了重要的参数依据。前误差检测提供了重要的参数依据。

【技术实现步骤摘要】
一种提高大口径望远镜波前误差检测精度的方法


[0001]本专利技术涉及一种提高望远镜波前误差检测精度的方法。具体涉及一种提高大口径望远镜波前误差检测精度的方法。

技术介绍

[0002]由于天文望远镜的观测分辨率与其通光口径成正比，为了获得更高的观测分辨率，需要不断增大望远镜的口径，在一定程度上，望远镜的口径尺寸已经成为了衡量天文望远镜观测能力的指标。此外，天文望远镜在观测的过程中，其成像分辨率还受到因各种因素导致的波前误差影响，例如地基望远镜在观测过程中会受到大气湍流的影响。这些波前误差会导致望远镜的观测精度和成像质量下降，因此需要采用合适的方法对望远镜的波前误差进行检测，并通过矫正机构进行矫正，从而使望远镜处于最佳的工作状态；同时需要合适的方法对上述方法的精度进行评估。
[0003]对于小口径望远镜，其波前误差通常可采用干涉仪、曲率传感器、哈特曼
‑
夏克波前传感器等方法进行检测。干涉仪由于光路比较复杂，光能利用率低，因此在天文和空间观测等弱目标成像系统中的应用受到了限制。曲率传感器在天文望远镜中已有一定的应用，但其测量精度相对较低。哈特曼
‑
夏克传感器是目前应用最广泛、技术最成熟的波前误差探测器件，通常由微透镜阵列、匹配透镜和CCD相机组成，而当测量大口径望远镜波前误差时，则需要与望远镜口径相当的微透镜阵列和匹配透镜，这些都极大地提高了哈特曼
‑
夏克传感器的硬件成本。此外，一种子孔径拼接技术目前也用于大孔径光学系统的波前像差测量，该技术通过控制三位精密运动平台实现全口径扫描，当大口径光学元件达到米级时，测试过程需要耗费更长的时间和更高的成本，同时，温度，平台回程差等其它误差源也会影响子孔径拼接法的波前误差检测精度。
[0004]文献“大口径反射镜组件面形检测系统及方法研究”（[J]光学学报2016, 36(2):0212002
‑1‑
0212002
‑
7）公开了一种大口径光学元件面形检测方法，该方法基于哈特曼
‑
夏克传感器和子孔径拼接检测技术，通过对现有算法进行改进，提出混联拼接算法，有效减小拼接导致的面形检测误差，但是由于同时采用哈特曼
‑
夏克传感器和子孔径拼接两种技术，因此需要更为复杂的硬件结构。文献“大口径光学元件面形检测中子孔径拼接算法研究与应用”（[M]孙琳，2019，硕士毕业论文）公开了一种大口径光学元件波前误差的检测方法，该方法同样采用哈特曼
‑
夏克传感器和子孔径拼接技术对大口径光学元件进行检测，尽管该方法进一步改进了子孔径拼接算法，有效地提高测量效率，但仍然需要复杂昂贵的硬件装置。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是在利用局部小孔径光瞳波前误差计算望远镜光瞳波前误差时，提供一种能提高检测精度的方法。
[0006]1. 对于大口径望远镜，其光瞳波前误差可用泽尼克多项式的组合描述，
对于位于望远镜光瞳中的一个局部小孔径光瞳，其波前误差可用另一组泽尼克多项式的组合描述其中(r,θ)和(r
’
,θ
’
)分别代表望远镜光瞳和局部小孔径光瞳的坐标，a
i
和a
i
’
分别为Z
i
和Z
i
’
的系数。
[0007]对于同时位于望远镜光瞳和局部小孔径光瞳中的一点P，W(r,θ)和W
’
(r
’
,θ
’
)是等价的，即M和M'分别为Z
i
和Z
i
’
的最高阶数，a
i
和a
i
’
之间的关系可表示为矩阵形式，其中和分别为望远镜光瞳和第k个局部小孔径光瞳的泽尼克多项式系数向量，即= [a1,a2,
ꢀ…
,a
M
]'，= [a
k, 1
,a
k, 2
,
ꢀ…
,a
k, M
]';z
q
(x,y,ρ)为表征望远镜光瞳且最高阶数为M的泽尼克多项式，(x, y）为望远镜光瞳的直角坐标，z
k,p
(r
k
,θ
k
)表征第k个局部小孔径光瞳且阶数为M
’
的泽尼克多项式，(r
k
,θ
k
)为局部小孔径光瞳的极坐标;N
k,p
是多项式z
k,p
(r
k
,θ
k
)的范数; 2根据各个局部小孔径光瞳与望远镜光瞳的泽尼克多项式系数转换矩阵T
K
，构建矩阵NT；3 计算矩阵NT的Moore
‑
Penrose 广义逆矩阵pinv(NT)；4 计算矩阵NT的条件数Cond(NT)5 分别改变局部小孔径光瞳的填充因子、数量以及各个局部小孔径光瞳之间的基线距离，重复步骤(1)
‑
(4)，得到局部小孔径光瞳在不同填充因子、数量以及基线距离对应的条件数Cond(NT)；根据条件数Cond(NT)的计算结果大小判断望远镜光瞳波前误差检测精度，Cond(NT)的值越小，检测精度就越高。
[0008]由于采用了上述技术方案，本专利技术的优点是：通过计算由各个局部小孔径光瞳与望远镜光瞳转换矩阵构成的新矩阵的条件数，由此寻找最佳的局部小孔径参数及组合，从
而提高大口径望远镜波前误差的检测精度。
附图说明
[0009]图1是本专利技术实施例提供的望远镜光瞳和局部小孔径光瞳示意图；图2是本专利技术实施例提供的不同填充因子下矩阵NT的条件数计算结果图；图3是本专利技术实施例提供的相同填充因子下不同局部小孔径光瞳数量结构示意图；图4是本专利技术实施例提供的相同填充因子下，不同数量局部小孔径光瞳对应的矩阵NT的条件数计算结果图；图5是本专利技术实施例提供的相同填充因子，局部小孔径光瞳数量分别为3和5时，具有不同基线距离的孔径结构示意图；图6是本专利技术实施例提供的相同填充因子，局部小孔径光瞳数量分别为3和5时，具有不同基线距离的孔径结构对应的矩阵NT的条件数计算结果图；图7是本专利技术的计算流程图。具体实施方式：下面结合附图和实施例，对本专利技术技术方案作进一步阐述实施例1参见附图1，图中的大圆和小圆分别代表望远镜光瞳和局部小孔径光瞳，望远镜光瞳和局部小孔径光瞳的波前误差均用36阶泽尼克多项式的组合描述。分别计算在不同填充因子下矩阵NT的条件数，其中填充因子定义为局部小孔径光瞳面积之和与望远镜光瞳面积之比，结果如附图2。可以看出，转换矩阵的条件数随着填充因子的增加而显著减少。当填充因子等于1时，转换矩阵的条件号取最小值1。
[0010]当填充因子保持不变，局部小孔径光瞳的数量分别从1增加到6时，如附图3(a)
‑
3(f)，分别计算对应矩阵NT的条件数，结果如附图4所示。填充因子保本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高大口径望远镜波前误差检测精度的方法，其特征在于包含有以下步骤：(1)根据大口径望远镜光瞳中的多个局部小口径光瞳的相对位置，构建望远镜光瞳与各个局部小口径光瞳的泽尼克多项式系数转换矩阵T
KK
其中和分别为望远镜光瞳和第k个局部小孔径光瞳的泽尼克多项式系数向量，即= [a1, a2,
ꢀ…
, a
M
]'，= [a
k, 1
, a
k, 2
,
ꢀ…
, a
k, M
]'; z
q
(x,y,ρ)为表征望远镜光瞳且最高阶数为M的泽尼克多项式，(x, y）为望远镜光瞳的直角坐标，z
k,p
(r
k
,θ
k
)表征第k个局部小孔径光瞳且阶数为M
’
的泽尼克多...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝泽锟，葛益峰，吴泉英，范君柳，陈宝华，王军，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：