【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于空间遥感器，尤其涉及一种基于共轭方向法的扫描式波前探测系统。
技术介绍
1、目前已知的波前探测方法主要包括传统的基于干涉法或shack-hartmann法的方法。这些方法在波前探测中起到了重要作用，但同时也存在一些局限性和不足之处。传统的干涉法需要对光路进行精确的调整和对齐，而且对于复杂的视场和大范围的波前变化的探测会比较困难。shack-hartmann方法可以实现非常高的空间分辨率，但由于其采样格点有限，无法准确地描述波前的全局特性，尤其是在大视场的情况下更为明显。
技术实现思路
1、本专利技术的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于共轭方向法的扫描式波前探测系统，通过引入共轭方向法的原理和算法，克服了传统方法的局限性。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种基于共轭方向法的扫描式波前探测系统，包括：激光发生器、星点靶标、竖直平行光管、光学成像系统、面阵光强传感器、面阵光强数据采集卡、三个电动伸缩缸、三个控制器、以太网交换机和上位机；其中，三个电动伸缩缸分别为第一电动伸缩缸、第二电动伸缩缸和第三电动伸缩缸；三个控制器分别为第一控制器、第二控制器和第三控制器；
3、激光光源、星点靶标和竖直平行光管构成星点模拟器；星点模拟器位于光学成像系统的视场内；
4、第一电动伸缩缸、第二电动伸缩缸和第三电动伸缩缸构成等边三角形的调节组件；其中，第一电动伸缩缸、第二电动伸缩缸和第三电动伸缩缸通过均布的三个球铰与星点模拟器连接，实现
5、面阵光强传感器位于光学成像系统的焦面平面内；
6、面阵光强传感器与面阵光强数据采集卡连接，面阵光强数据采集卡通过以太网交换机与上位机连接；
7、第一控制器、第二控制器和第三控制器通过设备总线分别与第一电动伸缩缸、第二电动伸缩缸和第三电动伸缩缸连接；
8、第一控制器、第二控制器和第三控制器通过can总线分别与上位机连接。
9、在上述基于共轭方向法的扫描式波前探测系统中，
10、激光发生器，用于产生固定波长为λ光源；
11、光学成像系统，用于将星点模拟器的星点成像到面阵光强传感器上；
12、面阵光强传感器，用于接收星点模拟器的星点像的光强信息i；
13、面阵光强数据采集卡，用于将面阵光强传感器的光强信息i转换为数字信号d，并输出；
14、以太网交换机，用于将面阵光强数据采集卡输出的数字信号d发送给上位机；
15、控制器，用于根据控制指令，控制电动伸缩缸进行伸缩运动；
16、电动伸缩缸，用于在控制器的控制下作伸缩运动，进而改变星点模拟器的姿态；
17、上位机，用于定义扫描方式、生成控制指令、对数字信号d进行处理、进行光学仿真计算、进行最小化问题求解和进行波前探测结果显示。
18、在上述基于共轭方向法的扫描式波前探测系统中，上位机，具体用于：
19、定义扫描方式：根据用户输入，确定扫描方向d、扫描间隔i和扫描距离l，并计算得到星点的动态范围r；
20、生成控制指令：根据动态范围r，计算出电动伸缩缸的行程s；根据电动伸缩缸的行程s，生成相应的控制指令；
21、对数字信号d进行处理：对接收到的数字信号d进行过滤波处理，转换成实测光强矩阵rm；
22、进行光学仿真计算：光学仿真计算：根据光学成像系统的光学模型参数p，进行动态范围r内星点成像的光学仿真计算，得到对应视场星点成像的理论光强矩阵m；
23、进行最小化问题：根据动态范围r内，不同视场下光学成像系统成像的理论光强矩阵m与实测光强矩阵rm的误差，通过共轭方向法迭代计算，得到光学成像系统的失调量a；
24、进行波前探测结果显示：根据失调量a与光学模型参数p，计算得到光学成像系统-1到+1各视场的波前像差wf，并显示。
25、在上述基于共轭方向法的扫描式波前探测系统中，共轭方向法的解算流程如下：
26、设置光学成像系统初始失调量为a0，根据扫描方向d、扫描间隔i和扫描距离l，计算出n个扫描点的坐标p1～pn；星点经过带有失调量a0的光学成像系统，通过仿真计算得到视场-1到+1之间n个视场理论光强矩阵m1～mn；
27、将数字信号d通过上位机转换为实测光强矩阵rm1～rmn；
28、通过rm1～rmn与m1～mn对应视场的差值d1～dn的平方和构建得到目标函数e；
29、通过求解目标函数e，得到最小误差对应的光学成像系统实际失调量amin，输出光学成像系统各视场的波前像差wf。
30、在上述基于共轭方向法的扫描式波前探测系统中，目标函数e求解过程如下：设置初始解向量an，通过共轭方向法迭代逼近解向量，即每次迭代沿着共轭方向进行搜索，并在每个迭代步骤中更新解向量an+1；通过选择共轭搜索方向，加快收敛速度，减小迭代次数，从而有效的找到目标函数e的最优解amin。
31、在上述基于共轭方向法的扫描式波前探测系统中，上位机在对数字信号d进行处理时，包括：
32、对接收到的数字信号d进行过滤波处理后，输出实测光强矩阵rm1～rmn；
33、根据实测光强矩阵计算得到不同视场的泽尼克像差系数z1～zn；
34、根据不同视场泽尼克像差系数之间差值d1～dn和光学成像系统的光学模型和参数，计算得到光学成像系统的失调量ax和补偿量rx；
35、根据失调量ax，计算得到所要扫描的其他视场光强理论矩阵mn+1～mn+n；通过rm1～rmn与mn+1～mn+n的差值dn+1和dn+n，计算得到修正后的光学成像系统的失调量ax+1和补偿量rx+1；
36、通过多次迭代过程，实现波前信息的提取和误差的补偿计算。
37、在上述基于共轭方向法的扫描式波前探测系统中，光学成像系统，包括：主镜、次镜、三镜和四镜。
38、在上述基于共轭方向法的扫描式波前探测系统中，该基于共轭方向法的扫描式波前探测系统包括三种扫描模式：
39、逐行扫描模式：上位机根据光学成像系统对星点成像的像点在焦面上多行直线运动的动态范围r1内，计算得到星点模拟器入射角绕x轴动态范围α1，入射角绕y轴动态范围β1；根据呈等边三角形分布的三个电动伸缩缸之间的跨距l1、l2和l3，以及绕x轴入射角度动态范围α1，计算得到第一电动伸缩缸上升和第三电动伸缩缸下降运动的同步反向步长h1、h3和步数s1、s3，实现单行扫描；单行扫描结束时，根据设定的扫描行数，以及星点模拟器入射角绕y轴动态范围β1，计算得到第二电动伸缩缸的步长h2和步数s2，并通过can总线分发给第一控制器、第二控制器和第三控制器；三个控制器接收控制指令同时接收各电动伸缩缸的位置信息，闭环控制电机调整电动伸缩缸的实际位置rh1、rh2和rh3，进而实现光学成像系统对星点成像的像点在焦面上逐行本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于共轭方向法的扫描式波前探测系统，其特征在于，包括：激光发生器、星点靶标、竖直平行光管、光学成像系统、面阵光强传感器、面阵光强数据采集卡、三个电动伸缩缸、三个控制器、以太网交换机和上位机；其中，三个电动伸缩缸分别为第一电动伸缩缸、第二电动伸缩缸和第三电动伸缩缸；三个控制器分别为第一控制器、第二控制器和第三控制器；
2.根据权利要求1所述的基于共轭方向法的扫描式波前探测系统，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的基于共轭方向法的扫描式波前探测系统，其特征在于，上位机，具体用于：
4.根据权利要求3所述的基于共轭方向法的扫描式波前探测系统，其特征在于，共轭方向法的解算流程如下：
5.根据权利要求4所述的基于共轭方向法的扫描式波前探测系统，其特征在于，目标函数E求解过程如下：设置初始解向量An，通过共轭方向法迭代逼近解向量，即每次迭代沿着共轭方向进行搜索，并在每个迭代步骤中更新解向量An+1；通过选择共轭搜索方向，加快收敛速度，减小迭代次数，从而有效的找到目标函数E的最优解Amin。
6.根据权利要求3所述的基于共轭
7.根据权利要求1所述的基于共轭方向法的扫描式波前探测系统，其特征在于，光学成像系统，包括：主镜、次镜、三镜和四镜。
8.根据权利要求1所述的基于共轭方向法的扫描式波前探测系统，其特征在于，该基于共轭方向法的扫描式波前探测系统包括三种扫描模式：
9.根据权利要求1所述的基于共轭方向法的扫描式波前探测系统，其特征在于，根据扫描速度确定单个面阵光强传感器采样时间，根据扫描方式、扫描范围和步长、确定面阵光强传感器的尺寸、数量和分布方式。
10.根据权利要求2所述的基于共轭方向法的扫描式波前探测系统，其特征在于，面阵光强传感器的数量为K，根据扫描方式确定面阵光强传感器在光学成像系统焦平面的分布方式，包括：逐行分布、螺旋分布和随机分布；根据光学成像系统光学仿真结果，确定面阵光强传感器的像元分辨率μ、像元个数k，分布间隔。
...【技术特征摘要】
1.一种基于共轭方向法的扫描式波前探测系统，其特征在于，包括：激光发生器、星点靶标、竖直平行光管、光学成像系统、面阵光强传感器、面阵光强数据采集卡、三个电动伸缩缸、三个控制器、以太网交换机和上位机；其中，三个电动伸缩缸分别为第一电动伸缩缸、第二电动伸缩缸和第三电动伸缩缸；三个控制器分别为第一控制器、第二控制器和第三控制器；
2.根据权利要求1所述的基于共轭方向法的扫描式波前探测系统，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的基于共轭方向法的扫描式波前探测系统，其特征在于，上位机，具体用于：
4.根据权利要求3所述的基于共轭方向法的扫描式波前探测系统，其特征在于，共轭方向法的解算流程如下：
5.根据权利要求4所述的基于共轭方向法的扫描式波前探测系统，其特征在于，目标函数e求解过程如下：设置初始解向量an，通过共轭方向法迭代逼近解向量，即每次迭代沿着共轭方向进行搜索，并在每个迭代步骤中更新解向量an+1；通过选择共轭搜索方向，加快收敛速度，减小迭代次数，从而有效的找到目...
【专利技术属性】
技术研发人员：霍腾飞，董欣，王小勇，沙治波，张超，范龙飞，陈佳夷，李斌，岳鹏远，王海超，姚立强，刘君航，陈西，徐婧文，王瑞娟，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：
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