一种基于光斑清晰度函数的望远镜次镜位置校正方法技术

一种基于光斑清晰度函数的望远镜次镜位置校正方法。步骤如下：（1）以轴上视场光斑清晰度作为目标函数，次镜沿光轴的平移以及垂直光轴正交的两个方向的平移和旋转作为变量，通过迭代算法，得到目标函数出现极值的次镜的位置。如果将所有变量同时进行迭代，则目标函数可能收敛到局部极值。因此考虑每一次迭代过程包括光轴方向和垂直光轴方向的迭代两个步骤，可使目标函数收敛到全局极值；（2）以多个轴外视场光斑的清晰度函数的平均值作为目标函数，使次镜沿正交的两个方向绕系统零彗差点旋转，迭代寻求目标函数的极值，实现次镜相对位置的校正。该方法无需进行波前探测和重建，使望远镜系统的调整具有客观标准，并能够对望远镜成像质量进行实时监测。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】。步骤如下：（1）以轴上视场光斑清晰度作为目标函数，次镜沿光轴的平移以及垂直光轴正交的两个方向的平移和旋转作为变量，通过迭代算法，得到目标函数出现极值的次镜的位置。如果将所有变量同时进行迭代，则目标函数可能收敛到局部极值。因此考虑每一次迭代过程包括光轴方向和垂直光轴方向的迭代两个步骤，可使目标函数收敛到全局极值；（2）以多个轴外视场光斑的清晰度函数的平均值作为目标函数，使次镜沿正交的两个方向绕系统零彗差点旋转，迭代寻求目标函数的极值，实现次镜相对位置的校正。该方法无需进行波前探测和重建，使望远镜系统的调整具有客观标准，并能够对望远镜成像质量进行实时监测。【专利说明】
本专利技术涉及。该方法适用于望远镜系统装调和在线调整。
技术介绍
理想情况下望远镜主次镜相对位置是一定的，然而在运行过程中，由于温度、重力等因素的影响，其主次镜相对位置会产生变化。以主镜中心顶点作为参考坐标系原点，系统结构的变化包括次镜沿光轴方向的平移、垂直光轴方向的平移以及垂直光轴方向的旋转。主次镜相对位置的变化会使望远镜产生一定的像差。其中主要包括沿光轴方向平移产生的离焦和球差、垂直光轴平移或旋转产生的彗差和像散。对于小视场望远镜系统，可以忽略像散对成像的影响，轴上视场主要为彗差。通过调节次镜，可以使轴上视场像差得到校正，即可认为望远镜系统的像差得到校正。然而随着望远镜系统视场的增大，像散已经变得不可忽略。仅仅对轴上视场的像差进行校正已经不能实现整个视场像差的校正。因此，在进行大视场望远镜系统像差校正中，需要同时考虑轴上视场和轴外视场。目前，存在多种利用轴上视场和轴外视场进行像差校正的方法。例如利用轴外视场远场光斑的方位角和偏心率对波前像差系数进行计算，从而获取绕零彗差点旋转角度的方法(参见 Collimation of Fast Wide-Field Telescopes, BRIAN A.MCLEOD, 1996)；利用波前探测器对波前像差系数进行获取，从而对绕零彗差点旋转角度进行计算(参见 Final alignment of the VLT, L.Noehte and S.Guisard, 2000);利用灵敏度矩阵建立失调量与像差系数之间的关系，通过对像差系数的测量而反向求解失调量(参见Reverse-optimization Alignment Algorithm using Zernike Sensitivity,EugeneD.Kim，etal，2005)。上述方法均对波前像差系数进行间接或直接获取，从而指导校正。第一种方法的缺点是计算复杂度较高，校正结果受计算精度的影响较大。第二种方法需要波前探测器等，增加了系统的复杂度。第三种方法所建立的矩阵关系是在误差较小时的近似，在误差较大时矩阵关系存在较大偏差，同时像差系数的获取增加了系统的复杂度。从公开发表的文献中可以看出，望远镜系统像差的校正方法主要与波前像差系数相关，从而使系统存在一定的复杂性，增加了工程实施难度。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是:克服现有技术的不足，提供，该方法能够通过迭代的方式实现望远镜主次镜相对位置的校正，具有计算简单，工程实施容易的特点。本专利技术的技术解决方案是:。其特征步骤如下:(I)以轴上视场光斑清晰度作为目标函数，光轴方向为z轴方向，垂直光轴的两个方向为x，y轴方向建立直角坐标系，则次镜的位移变量包括沿光轴方向即z方向的平移以及垂直光轴的X，I方向的平移共三个变量，通过迭代计算得到目标函数出现极值的次镜的位置；在迭代过程中每一次迭代过程包括两个步骤，第一步:沿光轴方向平移；第二步:垂直光轴方向平移和旋转；将上述两步作为一次循环，使目标函数收敛到全局极值；如图1中第一步循环过程所示；(2)以多个轴外视场光斑的清晰度函数的平均值作为目标函数，使次镜沿正交的两个方向绕系统零彗差点旋转即沿垂直光轴X，y轴方向绕零彗差点旋转，其中次镜中心顶点和零彗差点之间的距离Zefp满足下述公式,其中L为次镜中心顶点与焦面距离，m2为次镜放大率，即系统焦距与主镜焦距之比，满足m2=f，/f/, r为望远镜系统的焦距，f/为主镜的焦距，bs2为次镜圆锥曲线常数。迭代求解目标函数的极值，实现次镜位置的校正，如图1中第二步循环过程所示。【权利要求】1.，其特征步骤如下: (1)以轴上视场光斑清晰度作为目标函数，光轴方向为Z轴方向，垂直光轴的两个方向为X，y轴方向建立直角坐标系，则次镜的位移变量包括沿光轴方向即Z方向的平移以及垂直光轴的X，y方向的平移共三个变量，通过迭代计算得到目标函数出现极值的次镜的位置；在迭代过程中每一次迭代过程包括两个步骤，第一步:沿光轴方向平移；第二步:垂直光轴方向平移和旋转；将上述两步作为一次循环，使目标函数收敛到全局极值； (2)以多个轴外视场光斑的清晰度函数的平均值作为目标函数，使次镜沿正交的两个方向绕系统零彗差点旋转，即沿垂直光轴的X，y方向绕零彗差点旋转，其中次镜中心顶点和零彗差点之间的距离Zrfp满足下述公式(1)，其中L为次镜中心顶点与焦面距离，m2为次镜放大率，即系统焦距与主镜焦距之比，满足m2=f，/f/, f’为望远镜系统的焦距，f/为主镜的焦距，bs2为次镜圆锥曲线常数；迭代求解目标函数的极值，实现次镜位置的校正； 2.根据权利要求1所述的基于光斑清晰度函数的望远镜次镜位置校正方法，其特征在于:该校正方法适用于两镜反射式或折反射式望远镜系统，包括卡塞格林系统、格里高里系统、RC系统。3.根据权利要求1所述的基于光斑清晰度函数的望远镜次镜位置校正方法，其特征在于:所述步骤(1)、(2)中，分别以轴上视场和轴外视场远场光斑的清晰度函数作为目标函数，通过迭代算法，求取目标函数的极值；其中迭代算法采用随机并行优化算法求取目标函数的极值:包括爬山法以及随机并行梯度下降算法(SP⑶-Stochastic Parallel GradientDescent)、模拟退火、遗传、模式提取等，实现次镜相对位置的调整； 所述随机并行梯度下降算法为，目标函数J=J(U),其中U=U1, U2，…un)，表示共η个变量；由于目标函数沿梯度方向变化最快，该算法利用下述公式(2)中性能指标的变化量δ J和满足伯努利分布的随机扰动{ δ UjI乘积进行第k次迭代的梯度估计；经过第k次迭代后第k+Ι次控制参量如公式(3)，r为固定参量；经过一定次数的迭代J收敛到一个稳定值，则完成目标函数极值的寻求；4.根据权利要求3所述的基于光斑清晰度函数的望远镜次镜位置校正方法，其特征在于:对于轴上视场的校正，以次镜沿光轴方向的位移despace以及垂直光轴的平移和旋转decenterx、decentery、tiltx、tilty作为校正变量,远场光斑的清晰度函数J作为目标函数，进行迭代收敛分析，对轴上视场进行校正；校正完成后次镜中心轴与主镜中心轴交于零彗差点，偏移量关系满足公式(4),其中decenterx, decentery单位为米,tiltx, tilty单位为度；Zefp为次镜中心顶点和零彗差点之间的距离，decenterx, decentery分别为x, y方向的偏移，tiltx, tilty分别为绕X，y轴的旋转； 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光斑清晰度函数的望远镜次镜位置校正方法，其特征步骤如下：（1）以轴上视场光斑清晰度作为目标函数，光轴方向为z轴方向，垂直光轴的两个方向为x,y轴方向建立直角坐标系，则次镜的位移变量包括沿光轴方向即z方向的平移以及垂直光轴的x,y方向的平移共三个变量，通过迭代计算得到目标函数出现极值的次镜的位置；在迭代过程中每一次迭代过程包括两个步骤，第一步:沿光轴方向平移；第二步：垂直光轴方向平移和旋转；将上述两步作为一次循环，使目标函数收敛到全局极值；（2）以多个轴外视场光斑的清晰度函数的平均值作为目标函数，使次镜沿正交的两个方向绕系统零彗差点旋转，即沿垂直光轴的x,y方向绕零彗差点旋转，其中次镜中心顶点和零彗差点之间的距离Zcfp满足下述公式（1），其中L为次镜中心顶点与焦面距离，m2为次镜放大率，即系统焦距与主镜焦距之比，满足m2=f，/f1’，f’为望远镜系统的焦距，f1’为主镜的焦距，bs2为次镜圆锥曲线常数；迭代求解目标函数的极值，实现次镜位置的校正；Zcfp=2L(m22-1)(m2+1)2[(m2-1)-(m2+1)bs2]---(1).]]>

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：鲜浩，周龙峰，张昂，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：