CN110186380A - 大口径望远镜离散口径检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种大口径望远镜离散口径检测系统，包括运动学接口和通过运动学接口安装至望远镜上的离散口径检测子系统，离散口径检测子系统包括口径小于望远镜全孔径的平面镜；用于带动平面镜移动，以实现平面镜作为离散子孔径对望远镜口径进行完全覆盖的机械转台；设置在平面镜下方、用于对平面镜面形进行逐位开环校正的面形调整执行机构及波前信息计算处理器。平面镜与望远镜奈氏焦点处的干涉仪组成自准直光路；波前信息计算处理器用于在平面镜移动覆盖望远镜全口径过程中，根据经面形校正后的各离散子孔径的面形数据得到望远镜的波前信息。本申请有效地提升了望远镜自准直测试精度和测试效率，还有利于降低自准直测试成本。

Description

大口径望远镜离散口径检测系统

技术领域

本发明实施例涉及离散口径自准直测试领域，特别是涉及一种大口径望远镜离散口径检测系统。

背景技术

为了实现对宇宙更深、更详细的探索，望远镜的口径越来越大，大口径的平面镜通常作为检测大口径望远镜光学系统的自准检验反射镜以及系统中的校正镜及折返镜，需要与望远镜光学系统进行匹配，相应的平面镜的尺寸也越来越大。

随着口径的增大，平面镜的造价随之飞速增长，根据“以小检大”的思想，使用较小口径的平面镜代替大口径平面镜实现相当的功能对于降低自准直测试成本是行之有效的方法。为了拓展测量口径、提高检测分辨率以及实现高非球面度光学表面的测量，子孔径拼接测量技术是在上个世纪末被引入工程实践之中。该技术为通过对光学表面局部的测量，然后基于某种拼接算法可以获得满足精度要求的全口径数据，也就是说，传统的这种子孔径拼接方法为利用互相重叠的小口径区域，然后结合适合的算法获得全口径面形数据。

尽管基于子孔径拼接算法具有测量口径可拓展性的优势，然而，随着口径的增大，子孔径的数量也会随之增加，同时由于拼接算法的关系，将各个子孔径拼接为一体之后提取的低阶像差，例如离焦、像散等，测量敏感度较低；如果使用更大口径的平面干涉仪来增加估计精度，其成本将难以控制。不仅如此，进行子孔径拼接时，往往需要进行多次测量，但最后的拼接结果仅使用其中某一次的测量数据，对时间、人员成本也造成了极大的浪费。

发明内容

本公开实施例提供了一种大口径望远镜离散口径检测系统，解决了相关技术利用子孔径拼接算法进行自准直测试存在的弊端。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：

本发明实施例一方面提供了一种大口径望远镜离散口径检测系统，包括运动学接口和通过所述运动学接口安装至望远镜上的离散口径检测子系统，所述离散口径检测子系统包括平面镜、机械转台、面形调整执行机构及波前信息计算处理器；

其中，所述平面镜的口径小于所述望远镜全孔径，且所述平面镜与所述望远镜奈氏焦点处的干涉仪组成自准直光路；所述机械转台用于带动所述平面镜移动，以实现所述平面镜作为离散子孔径对所述望远镜口径进行完全覆盖；所述面形调整执行机构用于对所述平面镜面形进行逐位开环校正；所述波前信息计算处理器用于在所述平面镜移动覆盖所述望远镜全口径过程中，根据经面形校正后的各离散子孔径的面形数据得到所述望远镜的波前信息。

可选的，所述波前信息计算处理器包括离散孔径工作模式计算模块和剪切工作模式计算模式；

所述离散孔径工作模式计算模块用于通过将所述望远镜全口径的各位置处的所述平面镜的面形数据拟合得到波前信息；

所述剪切工作模式计算模式用于根据相邻位置的两个离散子孔径的波前信息的差分得到所述望远镜的波前信息。

可选的，所述离散口径检测子系统还包括模型选择器；

所述模型选择器用于根据输入的误差阶数测量信息确定所述波前信息计算处理器的信息处理模式；

所述信息处理模式为用于测量低阶误差的离散孔径工作模式或应用测量高阶误差的剪切工作模式。

可选的，所述离散孔径工作模式计算模块包括：

子孔径数据确认子模块，用于根据目标频段对应的调制传递函数准则和预设子孔径排列方式得到各离散子孔径的尺寸、数量及位置；所述调制传递函数准则为所述望远镜全孔径的调制传递函数为由所述平面镜的各离散子孔径的调制传递函数重构而成；

测量数据获取子模块，用于获取所述干涉仪采集的各离散子孔径的面形测量数据；

面形校正子模块，用于当所述平面镜引入所述望远镜各位置处的误差不同，对所述平面镜面形测量数据进行校正；

波前拟合子模块，用于将校正后的各离散子孔径的面形数据拟合得到波前信息。

可选的，各离散子孔径的形状为圆形孔径，所述波前拟合子模块用于根据第一公式计算得到所述望远镜全孔径的泽尔尼克多项式的系数，所述第一公式为：

式中，为全孔径的面形测量数据，为全孔径的泽尔尼克多项式，为离散子孔径的面形测量数据，为离散子孔径的泽尔尼克多项式，α_i为离散子孔径的泽尔尼克多项式的系数，R_f为全孔径半径，为全孔径位置向量，R_s＝μR_f，R_s为全孔径半径，μ为离散子孔径缩放比例，为离散子孔径位置向量。

可选的，所述剪切工作模式计算模块包括：

面形数据获取子模块，用于获取所述干涉仪采集的第一离散子孔径和第二离散子孔径的面形测量数据；所述第一离散子孔径和所述第二离散子孔径为相邻的两个离散子孔径；

面形校正子模块，用于当所述平面镜引入所述望远镜各位置处的误差不同，对所述平面镜面形测量数据进行校正；

斜率计算子模块，用于计算所述第一离散子孔径和所述第二离散子孔径的面形测量数据的差分信息，并计算波前斜率均方根值；

波前信息计算子模块，用于根据所述斜率均方根值与泽尔尼克多项式系数间的关系得到所述望远镜的波前信息。

可选的，所述斜率计算子模块根据第二公式计算波前斜率方差值，所述第二公式为：

式中，VarΦ^S为所述波前斜率方差值，ΔΦ_x(ρ₀cosθ,ρ₀sinθ)为所述第一离散子孔径和所述第二离散子孔径在X轴方向上的差分，ΔΦ_y(ρ₀cosθ,ρ₀sinθ)为所述第一离散子孔径和所述第二离散子孔径在y轴方向上的差分，R_f0为波前半径。

可选的，还包括倾斜量调整执行机构；

所述倾斜量调整执行机构与所述离散口径检测子系统相连，用于根据输入的角度信息调节所述离散口径检测子系统的光轴与所述望远镜的光轴不平行，所述离散口径检测子系统的光轴与所述望远镜的光轴的交角满足对目标轴外视场检测所需求的预设角度值。

可选的，所述机械转台包括旋转机构和平移机构；

所述旋转机构用于带动所述平面镜进行旋转移动；

所述水平机构用于带动所述平面镜在光轴水平方向和/或光轴竖直线性移动。

可选的，所述离散口径检测子系统通过所述运动学接口安装至所述望远镜的环梁上。

本申请提供的技术方案的优点在于，基于离散子孔径替代单块大口径平面标准反射镜的自准直光路，不仅解决了非离散子孔径存在的弊端，还避免了大口径干涉仪的使用，不仅有效地提升了望远镜自准直测试精度和测试效率，还有利于降低自准直测试成本；此外，通过半主动力矩校正元件对各离散子孔径面形数据进行校正，将平面镜面形保持至所需精度，进一步提升了自准直测试精度，有利于快速、精准地实现大口径光学元件的装调。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或相关技术的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开根据一示例性实施例示出的一种大口径望远镜离散口径检测系统的结构示意图；

图2为本公开根据一示例性实施例示出的另一种大口径望远镜离散口径检测系统的结构示意图；

图3为图2中的运动学接口结构的局部放大示意图；

图4为图2中的面形调整执行机构周围结构的局部放大示意图；

图5为本公开根据一示例性实施例示出的离散子孔径的参数示意图；

图6为本公开根据一示例性实施例示出的单镜大口径望远镜光学系统自准直测试示意图；

图7为本公开根据一示例性实施例示出的拼接镜大口径望远镜光学系统自准直测试示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。

在介绍了本发明实施例的技术方案后，下面详细的说明本申请的各种非限制性实施方式。

首先参见图1和图2，图1为本发明实施例提供的一种大口径望远镜离散口径检测在一种实施方式下的结构框架示意图，本发明实施例可包括以下内容：

大口径望远镜离散口径检测系统可包括运动学接口0、离散口径检测子系统1及望远镜2。离散口径检测子系统1可包括平面镜11、机械转台12、面形调整执行机构13及波前信息计算处理器14。

其中，离散口径检测子系统1可通过运动学接口0与望远镜2相连接，运动学接口0的结构放大图请参阅图3所示，本领域技术人员可根据实际应用场景确定离散口径检测子系统1安装在望远镜2上的位置，例如可将离散口径检测子系统1通过运动学接口0安装至望远镜2的环梁上。采用运动学接口0，可实现望远镜2在不同天顶角下的自准直测量。在水平位置进行望远镜的位置调整后，可以在不同的天顶角进行检测，弥补了传统设备仅仅能在单一工况下的不足。

在本申请中，平面镜11的口径小于望远镜2的全口径，且平面镜11与望远镜2的奈氏焦点处的干涉仪组成自准直光路。利用离散子孔径测量方法对望远镜2进行自准直检测，具体来说，可搭建小孔径标准平面反射镜阵列替代单块大口径平面标准反射镜的自准直光路，利用干涉法实现对巨型光学元件或系统波前检测。平面镜11安装在机械转台12上，并随着机械转台12的运动而运动，平面镜11在为了实现对望远镜口径的完全覆盖的移动过程中，可以作为多个离散子孔径组成的阵列。

可以理解的是，机械转台12可用于带动平面镜11进行移动，以实现平面镜11作为离散子孔径对望远镜2的口径进行完全覆盖。可选的，机械转台12可包括旋转机构120和平移机构121，平移机构121可位于旋转机构120的下方，如图2所示。旋转机构120可用于带动平面镜11进行旋转移动；水平机构121可用于带动平面镜11在光轴水平方向和/或光轴竖直进行线性移动。二者可均为电动执行机构，基于电动旋转机构与电动平移机构的结合，利用自身携带的编码器等位置反馈元件，可将平面镜11达到所设计的离散子孔径布置形式。旋转机构120和平移机构121可为相关技术中任何一种可实现相应功能的机械装置，本申请对此不做任何限定，至于旋转机构120和平移机构121的结构以及带动平面镜11的移动实现过程可参阅相关技术记载的内容，此处，便不再赘述。

本实施例中，面形调整执行机构13可设置在平面镜上方，如图2及图3所示，面形调整执行机构13上还可设置平面镜支撑结构131，用于支撑平面镜，具体用于对平面镜11的面形进行逐位开环校正，从而消除由平面镜面形所引入的误差。对于望远镜而言，其子镜使用的几何划分策略为保证天体目标波前探测时，各个子镜单元的所对应的波前区域形状相同，其每一个环带内的子镜形状都会发生变化。在主动光学的基础上，为进一步提高波前校正系统的性价，可利用力矩进行面形调整。对光学元件的面形的校正，从最本质的层面来讲，可以等效为对上一级whiffletree拓扑结构的改变。通过施加力矩以实现对支反力的再分配。与配准质量优化的方法相比，面型调整机构13可以适应不同系统的不同工况，更具有推广型与可拓展性。

在本申请中，波前信息计算处理器14可用于在平面镜11移动覆盖望远镜2全口径过程中，根据经面形校正后的各离散子孔径的面形数据得到望远镜2的波前信息。

在本发明实施例提供的技术方案中，基于离散子孔径替代单块大口径平面标准反射镜的自准直光路，不仅解决了非离散子孔径存在的弊端，还避免了大口径干涉仪的使用，不仅有效地提升了望远镜自准直测试精度和测试效率，还有利于降低自准直测试成本；此外，通过半主动力矩校正元件对各离散子孔径面形数据进行校正，将平面镜面形保持至所需精度，进一步提升了自准直测试精度，有利于快速、精准地实现大口径光学元件的装调。

在一种实施方式中，考虑到整个离散口径检测子系统1自重较轻，且具有运动学接口0，不仅可实现对中心视场进行自准直，还可以通过调节倾斜量对轴外视场进行检测。基于此，大口径望远镜离散口径检测系统还可包括倾斜量调整执行机构。该倾斜量调整执行机构可与离散口径检测子系统1相连，用于根据输入的角度信息调节离散口径检测子系统1的光轴与望远镜2的光轴不平行。离散口径检测子系统1的光轴与望远镜2的光轴的交角满足对目标轴外视场检测所需求的预设角度值。本领域技术人员可根据实际所需求探测的轴外视场确定倾斜量，并将该倾斜量输入至系统，系统根据输入的倾斜量进行自动调节；此外，还可预先设置多个倾斜量和轴外视场的对应关系，用于可根据需求选取所检测的轴外视场，系统根据轴外视场的确定调用相对应的倾斜量，然后根据该倾斜量调节系统。

在另外一种实施方式中，根据用户在不同应用场景所需测量的误差阶数不同，本申请还设置了两种工作模式，即离散孔径工作模式计和剪切工作模式。波前信息计算处理器14包括用于实现执行这两种工作模式的功能模块，其中，离散孔径工作模式计算模块用于通过将望远镜全口径的各位置处的平面镜的面形数据拟合得到波前信息；剪切工作模式计算模式用于根据相邻位置的两个离散子孔径的波前信息的差分得到望远镜的波前信息。相应的，离散口径检测子系统1还包括模型选择器；模型选择器用于根据输入的误差阶数测量信息确定波前信息计算处理器的信息处理模式；信息处理模式为用于测量低阶误差的离散孔径工作模式或应用测量高阶误差的剪切工作模式。波前信息计算处理器14包括离散孔径工作模式计算模块和剪切工作模式计算模式。

可选的，波前信息计算处理器14可通过对口径各个位置的测量数据拟合得到完整的波前信息来实现执行离散孔径工作模式，其中，离散孔径工作模式计算模块具体可包括：

子孔径数据确认子模块，用于根据目标频段对应的调制传递函数准则和预设子孔径排列方式得到各离散子孔径的尺寸、数量及位置；调制传递函数准则为望远镜全孔径的调制传递函数为由平面镜的各离散子孔径的调制传递函数重构而成。

可以理解的是，离散子孔径尺寸、数量与其排列方式，综合决定了所覆盖的空间频率范围，也就是说，离散口径的排布方式可通过具体的望远镜参数进行确定。离散子孔径的排列方式可采用环形，三臂、Golay型或者复合型。为了便于计算MTF(Modulation TransferFunction，调制传递函数)，可将各离散子孔径裁剪为圆形。根据傅里叶光学理论，不同形式的子孔径采样形式，会对应不同的调制传递函数。与此同时，为了对测量光路进行更好的对准，还可在各离散子孔径排布时在视场边缘预留添加定位靶标的区域。

测量数据获取子模块，用于获取干涉仪采集的各离散子孔径的面形测量数据。可采用系统中的干涉仪对各离散子孔径的面形数据进行测量，并将得到的测量数据发送至波前信息计算处理器14中。

面形校正子模块，用于当平面镜引入望远镜各位置处的误差不同，对平面镜11面形测量数据进行校正。只要检测到平面镜11引入误差，便可采用面形调整执行机构13对平面镜面形测量数据进行校正，从而消除平面镜11引入的误差，保证自准直测试进度。

波前拟合子模块，用于将校正后的各离散子孔径的面形数据拟合得到波前信息。

假设离散子孔径所测量的数据为Φ_sub，望远镜的全孔径测量数据为Φ_full，由于离散子孔径数据为全孔径数据的一部分，因此可以通过部分数据获得全口径数据，但值得注意的是，所获得数据为特性频段数据，当且仅当离散口径数量足够多，方可完全的恢复全口径数据，但是对于实际的情况，例如在不同阶段的加工过程中，或者是在系统集成阶段，对全面形要求的情况极少，大多情况下，测试往往针对某特定空间频段，因此需要针对测试要求，设置各离散子孔径的覆盖区域，离散子孔径的参数示意图可参阅图5所示：

全孔径数据的表达式可如式(1)所示：

将离散子孔径数据分别采用Zernike多项式(泽尔尼克多项式)进行展开，可得式(2)：

通过线性无关基底的相关性质，可根据公式(3)计算得到望远镜全孔径的泽尔尼克多项式的系数：

式中，为全孔径的面形测量数据，为全孔径的泽尔尼克多项式，为离散子孔径的面形测量数据，为离散子孔径的泽尔尼克多项式，α_i为离散子孔径的泽尔尼克多项式的系数，R_f为全孔径半径，为全孔径位置向量，R_s＝μR_f，R_s为全孔径半径，μ为离散子孔径缩放比例，为离散子孔径位置向量。

根据物理光学理论，系统成像本质上是入瞳上的光场在像面上所发生的衍射，通过傅里叶变换可以得到离散孔径对最终系统点扩散函数的影响。

此外，波前信息计算处理器14还可根据差分的思想，利用接近位置波前的相似性，通过相邻位置波前的差分，估计该位置的斜率值，并通过斜率均方根对波前进行评价。其中，剪切工作模式计算模块具体可包括：

面形数据获取子模块，用于获取干涉仪采集的第一离散子孔径和第二离散子孔径的面形测量数据。可首先确定两个相邻的离散子孔径，第一离散子孔径和第二离散子孔径，然后可采用系统中的干涉仪对第一离散子孔径和第二离散子孔径的面形数据进行测量，并将得到的测量数据发送至波前信息计算处理器14中。

面形校正子模块，用于当平面镜11引入望远镜各位置处的误差不同，对平面镜面形测量数据进行校正。只要检测到平面镜11引入误差，便可采用面形调整执行机构13对平面镜面形测量数据进行校正，从而消除平面镜11引入的误差，保证自准直测试进度。

斜率计算子模块，用于计算第一离散子孔径和第二离散子孔径的面形测量数据的差分信息，并计算波前斜率均方根值。第一离散子孔径和第二离散子孔径的面形测量数据在X轴、Y轴上的差分信息可如式4、式5所述：

式中，ΔΦ_x(x,y)为第一离散子孔径和第二离散子孔径的面形测量数据在X轴上的差分信息，ΔΦ_y(x,y)为第一离散子孔径和第二离散子孔径的面形测量数据在Y轴上的差分信息，Φ(x+δx,y)为第一离散子孔径的面形测量数据，Φ(x,y)为第二离散子孔径的面形测量数据，δ为差分量。

在实际的检测过程中，由于子孔径的扫略方式为圆周运动，可将差分信息在极坐标系下进行表示，即如式5所示：

式中，ΔΦ_θ(θ,ρ₀)为第一离散子孔径和第二离散子孔径的面形测量数据在极坐标系下的差分信息，Φ(θ+δθ,ρ₀)为第一离散子孔径在极坐标系下的面形测量数据，Φ(θ,ρ₀)为第二离散子孔径在极坐标系下的面形测量数据。

基于公式5，可根据公式6计算得到斜率均方值：

可根据公式7计算得到波前斜率方差值：

式中，VarΦ^S为波前斜率方差值，ΔΦ_x(ρ₀cosθ,ρ₀sinθ)为第一离散子孔径和第二离散子孔径在X轴方向上的差分，ΔΦ_y(ρ₀cosθ,ρ₀sinθ)为第一离散子孔径和第二离散子孔径在y轴方向上的差分，R_f0为波前半径。波前信息计算子模块，用于根据斜率均方根值与泽尔尼克多项式系数间的关系得到望远镜的波前信息。

为了计算斜率均分根与望远镜全口径泽尔尼克多项式的系数之间的关系，以离焦波前斜率与整体波前离焦Φ_{4_n}(x,y)之间的关系为例，首先整体的离焦为如式8所示：

Φ_{4_n}(x,y)＝α_{4_n}ρ²＝α_{4_n}(x²+y²)； (8)

式中，α_{4_n}为整体波前离焦系数，ρ为波前极坐标中的极径，x为横坐标值，y为纵坐标值，考虑引入误差后的，斜率如式9所示：

式中，为整体波前离焦在x轴方向上的斜率，为整体波前离焦在y轴方向上的斜率。

整体波前离焦Φ_{4_n}(x,y)的斜率信号均方值可如式10所示：

整体波前离焦Φ_{4_n}(x,y)的斜率信号均方差值可如式11所示：

式中，A为望远镜全口径的面积，R为望远镜全口径的半径。

可见通过斜率均方根的计算也可以反映系统的变化。

可选的，面形调整执行机构13可为Warping Harness，一种处于主动光学与被动支撑之间，被称为“半主动支撑”。利用自身柔性件的变形，将附加的局部自由度引入系统之中。作为一种通过力学方法对低阶像差的校正、改善策略。通过自下而上地分析WarpingHarness的统计学指标，不仅可以明晰镜面数据与支撑系统各环节误差统计规律之间的内在联系，还能通过假设检验与相关运算更好地理解二者间互相影响的规律。可以理解的是，大口径光学元件需要提高本身的指标要求，才可能在日益复杂的工况下实现预期功能。但是随着口径的增大，这样的解决方案对应的加工、装调成本将变得非常可观。基于面形调整执行机构13的大口径光学元件装调技术不仅可以校正单一工况下的重力与热载荷所引起的变形；同时在变工况下，利用先验的标校数据，也可快速地实现大口径光学元件的装调。从系统的角度上讲，光学元件在光路中的非离面误差是实际系统与理想波前的小量偏离，借助一定的基底，亦可将其展开为线性无关的诸多分量之和。借助模式法，可建立各项误差与主动光学系统所施加力矩之间统一的对应关系。进而使主动光学系统不仅可以修正离面误差，也可以兼容非离面误差校正功能。主动光学系统对光学元件的面形的校正，从最本质的层面来讲，可以等效于对上一级whiffletree拓扑结构的改变。通过施加力矩可以达到对支反力的再分配。与配准质量优化的方法相比，主动光学系统可以适应不同系统的不同工况，更具有推广型与可拓展性，Warping Harness不仅可以校正镜面外系统误差，也可以兼容辅助校正镜面内误差的功能。与一般的半主动光学不同，Warping Harness不需要将系统的误差完全消除，仅仅需要以某个常用状态为基准，对其变化量进行校正即可，降低对系统校正能力要求。

Φ＝Ax+e；

其中，Φ为数据矩阵，A为负载矩阵，x为主动光学系统输入力矩，e为测量误差。假设测量误差的均值为零，其协方差矩阵<e e^T>＝D。故可使用阻尼最小二乘防止负载矩阵A亏秩，主动光学系统输入力矩的阻尼最小二乘估计如下式：

式中，ε为阻尼因子。在实际的操作时，可令以及以减少不同力矩促动器影响因子不同所造成的负载矩阵奇异值差异过大。

需要说明的是，本申请提供的大口径望远镜离散口径检测系统不仅可以对单镜大口径光学系统进行自准直测试如图6所示，同时，对拼接镜面形式的大口径望远镜如图7所示，图6和图7中的Model1为离散孔径工作模式，Model2为剪切工作模式。不仅可以获得整体波前信息，也可以进行布局的子镜刚体位移调整。在进行性拼接镜装调时，离散子孔径的分析顺序也很重要，不同分析顺序所得的数据存在着正弦分布规律。通过对比实际测量得到结果与理论房内西结果可以得到测试过程中的误差产生积累合成以及传递的诸多过程，判断测量结果是否可信。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的一种大口径望远镜离散口径检测系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种大口径望远镜离散口径检测系统，其特征在于，包括运动学接口和通过所述运动学接口安装至望远镜上的离散口径检测子系统，所述离散口径检测子系统包括平面镜、机械转台、面形调整执行机构及波前信息计算处理器；

其中，所述平面镜的口径小于所述望远镜全孔径，且所述平面镜与所述望远镜奈氏焦点处的干涉仪组成自准直光路；所述机械转台用于带动所述平面镜移动，以实现所述平面镜作为离散子孔径对所述望远镜口径进行完全覆盖；所述面形调整执行机构用于对所述平面镜面形进行逐位开环校正；所述波前信息计算处理器用于在所述平面镜移动覆盖所述望远镜全口径过程中，根据经面形校正后的各离散子孔径的面形数据得到所述望远镜的波前信息。

2.根据权利要求1所述的大口径望远镜离散口径检测系统，其特征在于，所述波前信息计算处理器包括离散孔径工作模式计算模块和剪切工作模式计算模式；

所述离散孔径工作模式计算模块用于通过将所述望远镜全口径的各位置处的所述平面镜的面形数据拟合得到波前信息；

所述剪切工作模式计算模式用于根据相邻位置的两个离散子孔径的波前信息的差分得到所述望远镜的波前信息。

3.根据权利要求2所述的大口径望远镜离散口径检测系统，其特征在于，所述离散口径检测子系统还包括模型选择器；

所述模型选择器用于根据输入的误差阶数测量信息确定所述波前信息计算处理器的信息处理模式；

所述信息处理模式为用于测量低阶误差的离散孔径工作模式或应用测量高阶误差的剪切工作模式。

4.根据权利要求2所述的大口径望远镜离散口径检测系统，其特征在于，所述离散孔径工作模式计算模块包括：

子孔径数据确认子模块，用于根据目标频段对应的调制传递函数准则和预设子孔径排列方式得到各离散子孔径的尺寸、数量及位置；所述调制传递函数准则为所述望远镜全孔径的调制传递函数为由所述平面镜的各离散子孔径的调制传递函数重构而成；

测量数据获取子模块，用于获取所述干涉仪采集的各离散子孔径的面形测量数据；

面形校正子模块，用于当所述平面镜引入所述望远镜各位置处的误差不同，对所述平面镜面形测量数据进行校正；

波前拟合子模块，用于将校正后的各离散子孔径的面形数据拟合得到波前信息。

5.根据权利要求4所述的大口径望远镜离散口径检测系统，其特征在于，各离散子孔径的形状为圆形孔径，所述波前拟合子模块用于根据第一公式计算得到所述望远镜全孔径的泽尔尼克多项式的系数，所述第一公式为：

式中，为全孔径的面形测量数据，为全孔径的泽尔尼克多项式，为离散子孔径的面形测量数据，为离散子孔径的泽尔尼克多项式，α_i为离散子孔径的泽尔尼克多项式的系数，R_f为全孔径半径，为全孔径位置向量，R_s＝μR_f，R_s为全孔径半径，μ为离散子孔径缩放比例，为离散子孔径位置向量。

6.根据权利要求2所述的大口径望远镜离散口径检测系统，其特征在于，所述剪切工作模式计算模块包括：

面形数据获取子模块，用于获取所述干涉仪采集的第一离散子孔径和第二离散子孔径的面形测量数据；所述第一离散子孔径和所述第二离散子孔径为相邻的两个离散子孔径；

面形校正子模块，用于当所述平面镜引入所述望远镜各位置处的误差不同，对所述平面镜面形测量数据进行校正；

斜率计算子模块，用于计算所述第一离散子孔径和所述第二离散子孔径的面形测量数据的差分信息，并计算波前斜率均方根值；

波前信息计算子模块，用于根据所述斜率均方根值与泽尔尼克多项式系数间的关系得到所述望远镜的波前信息。

7.根据权利要求6所述的大口径望远镜离散口径检测系统，其特征在于，所述斜率计算子模块根据第二公式计算波前斜率方差值，所述第二公式为：

式中，VarΦ^S为所述波前斜率方差值，ΔΦ_x(ρ₀cosθ,ρ₀sinθ)为所述第一离散子孔径和所述第二离散子孔径在X轴方向上的差分，ΔΦ_y(ρ₀cosθ,ρ₀sinθ)为所述第一离散子孔径和所述第二离散子孔径在y轴方向上的差分，R_f0为波前半径。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的大口径望远镜离散口径检测系统，其特征在于，还包括倾斜量调整执行机构；

所述倾斜量调整执行机构与所述离散口径检测子系统相连，用于根据输入的角度信息调节所述离散口径检测子系统的光轴与所述望远镜的光轴不平行，所述离散口径检测子系统的光轴与所述望远镜的光轴的交角满足对目标轴外视场检测所需求的预设角度值。

9.根据权利要求8所述的大口径望远镜离散口径检测系统，其特征在于，所述机械转台包括旋转机构和平移机构；

所述旋转机构用于带动所述平面镜进行旋转移动；

所述水平机构用于带动所述平面镜在光轴水平方向和/或光轴竖直线性移动。

10.根据权利要求9所述的大口径望远镜离散口径检测系统，其特征在于，所述离散口径检测子系统通过所述运动学接口安装至所述望远镜的环梁上。