一种稀疏光学合成孔径成像系统的相位平移误差校正装置

摘要

一种稀疏光学合成孔径成像系统的相位平移误差校正装置，由稀疏光学合成孔径望远镜、自适应光学系统、误差补偿器、误差补偿控制器、分束器、光束开关、消色差成像元件、科学级相机、误差计算单元组成。其中光束开关、消色差成像元件、科学级相机和误差计算单元构成误差探测模块；误差补偿器和误差补偿控制器构成误差补偿模块；另一套消色差成像元件和科学级相机构成成像模块。误差探测模块完成对相位平移误差的求解。误差补偿模块对相位平移误差进行补偿。针对不同子孔径对进行上述探测、补偿过程可实现系统内相位平移误差的完整校正。该装置可有效实现相位平移误差的探测和补偿功能，在准确性、实时性等方面较目前同类系统中的探测技术有所改善。

主权项

一种稀疏光学合成孔径成像系统的相位平移误差校正装置，其特征在于包括：稀疏光学合成孔径望远镜系统(1)、第一自适应光学系统(2)、第二自适应光学系统(3)、分束器(6)、误差补偿模块、误差探测模块和成像模块，其中误差补偿模块由误差补偿器(4)和误差补偿控制器(5)构成；成像模块由第二消色差成像元件(9)和第二科学级相机(11)构成；误差探测模块由光束开关(7)、第一消色差成像元件(8)、第一科学级相机(10)和误差计算单元(12)组成；远处目标光波经过稀疏光学合成孔径望远镜系统(1)后，子孔径的接收波前包括大气湍流引起的相位畸变，每个子孔径的整体波前之间还存在着相位平移误差；第一自适应光学系统(2)与第二自适应光学系统(3)分别对子孔径a与子孔径b自身接收波前的倾斜与更高阶畸变进行校正，之后的光束经误差补偿器(4)到达分束器(6)，在此处，一部分光依次经过第二消色差成像元件(9)和第二科学级相机(11)成像，实现对目标的观测；另一部分光进入误差探测模块完成对子孔径间相位平移误差的实时探测，探测中首先保持误差探测模块中的光束开关(7)为关闭状态，由第一消色差成像元件(8)对目标经参考子孔径远场成像，由第一科学级相机(10)获取此远场分布并存储于误差计算单元(12)中；之后打开光束开关(7)，由第一消色差成像元件(8)对目标经这一对子孔径远场成像，由第一号科学级相机(10)获取此远场分布并存储于误差计算单元(12)中；接着在误差计算单元(12)中根据这两套远场分布得到相应的远场相似度函数，基于函数最大值的对应坐标计算出相位平移误差，将计算结果反馈至误差补偿模块中的控制器(5)实现对误差补偿器(4)的控制，完成该对子孔径间相位平移误差的补偿；对系统其它的子孔径对实施上述探测和补偿过程以实现系统内相位平移误差的完整校正；所述误差计算单元(12)中根据目标分别经某一对子孔径和其中参考子孔径所得的远场分布构造的远场相似度函数如下： D p ( x ) = I total ( x ) - 2 I ref ( x ) 2 I ref ( x ) - - - ( 1 ) 其中x为第一科学级相机(10)接收面上的X轴坐标，对应着子孔径a与子孔径b所成的基线方向；Itotal(x)表示目标经该对子孔径，即子孔径a与b所得远场沿X轴，即基线方向的分布，Iref(x)表示目标经参考子孔径，即子孔径a所得远场沿X轴，即基线方向的分布；获得上述特征函数的数学表达的基础上，相位平移误差由下式确定： piston error = R f · X m ( D p ) - - - ( 2 ) 其中，R为子孔径a与子孔径b的中心距，f为第一消色差成像元件(8)的焦距，Xm(Dp)为远场相似度函数Dp沿X轴上最大值对应点坐标；由误差计算单元(12)按照公式(1)计算出远场相似度函数Dp，再根据该函数沿X轴上的最大值对应点的坐标Xm(Dp)代入上公式(2)可得到该对子孔径间的相位平移误差。