CN113252308B - 空间大口径遥感相机环境试验波前重构实施系统及方法 - Google Patents

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CN113252308B CN202110413883.9A CN202110413883A CN113252308B CN 113252308 B CN113252308 B CN 113252308B CN 202110413883 A CN202110413883 A CN 202110413883A CN 113252308 B CN113252308 B CN 113252308B
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Abstract

本发明涉及空间大口径遥感相机环境试验波前重构实施系统及方法，通过在环境实验真空罐内布置并标定多孔径平行光管来替代整体大口径平行光管，克服了大口径平行光管研制经费高、测试难度大的工程问题。本发明也克服了遥感相机整体集成后进行环境试验时无法采用干涉仪进行波前测试的工程问题，利用相位复原波前感知法获取多个子孔径的波前信息，再通过子孔径‑全孔径波前反演法构造遥感相机的全孔径波前信息，不仅可用于定量化评价遥感相机性能，亦可用于分析定位遥感相机的问题症结。

Description

空间大口径遥感相机环境试验波前重构实施系统及方法
技术领域
本发明涉及一种遥感相机进行地面环境试验的方法，特别涉及空间大口径遥感相机环境试验波前重构实施系统及方法，属于遥感卫星光学成像技术领域。
背景技术
地面环境试验是遥感相机研制的关键流程之一，用于检测真空与极端的温度工况下遥感相机的性能表现。由于环境试验阶段，遥感相机已经完成了整机的光机电热集成，无法通过搭建自准直光路用干涉法测量系统波前，因此当前，国内遥感相机的环境试验一般采用传函测试法进行。传函测试法的实施是采用与遥感相机同等或更大口径的平行光管作为明暗条纹或特定形状的目标模拟器，并通过分析遥感相机探测器获取的目标图像的特性来计算遥感相机传函。传函测试法是一种定量的评价遥感相机性能的方法，但与波前测试法不同的是无法用于分析定位遥感相机的问题症结。国际上，NASA在Hubble空间望远镜上在轨率先验证了相位复原法，并在斯皮策红外太空望远镜环境试验时采用相位复原法进行了波前测试，由于斯皮策红外太空望远镜口径仅为0.85m，小于NASA在役平行光管的口径，因此很容易通过相位复原法对斯皮策的全口径波前进行感知。目前国内在研遥感相机口径已达3m以上量级，同等或满足更大口径的平行光管研制工作已遇到研制成本高，周期长、缺乏测试与装调方法等一些列问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种空间大口径遥感相机环境试验波前重构与实施方法，解决目前在研遥感相机环境试验所需平行光管口径已经无法满足测试需求，同时在研大口径平行光管已遇到研制成本高，周期长、缺乏测试与装调方法等一些列工程问题。
本发明解决技术的方案是：空间大口径遥感相机环境试验波前重构实施系统，该系统包括环境试验真空罐、信标点光源、折镜和抛物镜子孔径阵列；信标点光源、折镜和抛物镜子孔径阵列均放置于环境试验真空罐内；
信标点光源，用于产生球面波；折镜将点光源发出球面波折转到抛物镜子孔径阵列，经抛物镜子孔径阵列反射后成为平面波，所述抛物镜子孔径阵列由N个子孔径抛物镜组成，这些子孔径抛物镜的光轴相互平行，且与被测遥感相机的待测视轴平行，N个子孔径抛物镜分别与被测遥感相机构成N个子孔径光学系统，子孔径光学系统能够利用相位复原法进行波前感知，N大于等于；从抛物镜子孔径阵列反射输出的平面波经过被测遥感相机的光学入瞳在遥感相机的探测器上形成离焦图像，所述离焦图像包括焦前图像和焦后图像，焦前图像和焦后图像均包含N个子孔径对应的点扩散函数图像，用于计算每个子孔径光学系统的波前误差信息，每个子孔径光学系统的波前误差信息减去子孔径光学系统的波前系统误差得到遥感相机子孔径波前误差信息；遥感相机子孔径波前误差信息用于重构遥感相机全孔径的波前误差信息。
所述子孔径抛物镜的数量N以子孔径抛物镜面积之和与被测遥感相机光学入瞳面积之比尽量大、N个子孔径抛物镜最外围边界覆盖的范围尽量大、均匀分布为原则来确定。
本发明的另一个技术方案是：空间大口径遥感相机环境试验波前重构实施方法，该方法包括如下步骤：
s1、将抛物镜子孔径阵列共轴标定，保证每一个子孔径抛物镜的光轴一致性，即N个子孔径抛物镜的光轴平行，N大于等于3；
s2、对抛物镜子孔径阵列进行波前测试，得到每个子孔径抛物镜的波前误差；
s3、将被测遥感相机推入真空罐；
s4、将遥感相机与抛物镜子孔径阵列对准标定，使得每个子孔径抛物镜的光轴与被测遥感相机的待测视轴平行，且子孔径抛物镜阵列在被测遥感相机的光学入瞳处的投影与光学入瞳共心，N个子孔径抛物镜分别与被测遥感相机构成N个子孔径光学系统，子孔径光学系统能够利用相位复原法进行波前感知；
s5、打开信标点光源发射点源信标，将被测遥感相机的调焦机构调整到遥感相机焦前位置，对点源信标进行焦前曝光，由遥感相机的探测器得到焦前图像；将被测遥感相机的调焦机构调整到被遥感相机焦后位置，对点源信标进行焦后曝光，由遥感相机的探测器得到焦后图像；所述焦前图像和焦后图像中均包含N个孔径对应的点扩散函数图像；
s6、根据焦前图像和焦后图像中与N个子孔径相关的一对点扩散函数图像，以及每个子孔径光学系统的光瞳函数，利用相位复原法，计算每个子孔径光学系统的波前误差，共得到N个子孔径光学系统的波前误差；
s7、将步骤s6计算获取的每个子孔径光学系统的波前误差减去子孔径光学系统的波前系统误差，得到遥感相机子孔径波前误差；所述子孔径光学系统的波前系统误差为步骤s2中测得的子孔径抛物镜的波前误差
s8、根据被测遥感相机子孔径波前误差，利用子孔径-全孔径数值计算方法，重构被测遥感相机全孔径的波前误差。
所述步骤s1抛物镜子孔径阵列共轴标定方法包括但不限于经纬仪光轴观瞄标定法和干涉仪标定法。
所述步骤s2对抛物镜子孔径阵列进行波前测试的具体实现为：将干涉仪、折镜、抛物镜子孔径阵列中每个子孔径抛物镜与标准平面反射镜搭建为自准直干涉测量光路，分别测量每一个子孔径抛物镜的波前误差，即每个子孔径光学系统的波前系统误差。
所述标准平面反射镜的口径仅需满足大于等于子孔径抛物镜的口径d。
所述步骤s4，采用但不局限于基准镜视轴标定法或探测器成像法，使得每个子孔径抛物镜的光轴与被测遥感相机的待测视轴平行。
所述步骤s4采用但不限于激光跟踪仪测定子孔径抛物镜阵列在被测遥感相机的光学入瞳处的投影与光学入瞳的位置关系，并根据测定结果调整收敛两者间的共心误差。
所述焦前图像与焦后图像对应子孔径的像面投影成对称关系。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)、本发明通过在环境试验真空罐内布置并标定多孔径平行光管来替代整体大口径平行光管，解决了传统遥感相机地面环境试验采用传函测试法时需要配置大于等于遥感相机口径的平行光管，而大口径平行光管研制面临经费高，周期长，且目前无较好的装调检测方法的难题；
(2)、本发明小口径光管的反射镜更易于磨制，材料更易制备，成本优势显著，克服大口径平行光管所用反射镜不仅材料依赖于进口，且国内具备加工能力的设备较少的问题；
(3)、本发明小口径平行光管在装调与测试所需的标准平面镜相对易于制备，克服了大口径平行光管在装调与测试时，一般需要同等或更大口径的标准平面镜建立自准直光路，大口径的标准平面镜同样面临制造难、造价高、周期长的问题；
(4)、与传统遥感相机地面环境试验采用传函测试法获取遥感相机传函曲线来评价性能的方式相比，本发明直接获取了系统的全口径波前信息。波前信息不仅可用于评价遥感相机的环境试验性能，亦可用于分析环境试验遇到的诸如性能下降等问题的症结，破除了由于遥感相机整机集成后无法搭建自准直测试光路获取系统波前的限制，避免了在研制过程中对遥感相机的反复拆装；
(5)、本发明也克服了遥感相机整体集成后进行环境试验时无法采用干涉仪进行波前测试的工程问题，利用相位复原波前感知法获取多个子孔径的波前信息，再通过子孔径-全孔径波前反演法构造遥感相机的全孔径波前信息，不仅可用于定量化评价遥感相机性能，亦可用于分析定位遥感相机的问题症结。
附图说明
图1为本发明实施例空间大口径遥感相机环境试验波前重构与实施方法示意图；
图2为本发明实施例平行光管子孔径波前测试示意图；
图3为本发明实施例平行光管子孔径布局示意图
图4(a)为本发明实施例遥感相机探测器在焦前获取的离焦子孔径PSF图像示意图；
图4(b)为本发明实施例遥感相机探测器在焦后获取的离焦子孔径PSF图像示意图；
图5为本发明实施例全孔径波前重构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
本发明提供了一种空间大口径遥感相机环境试验波前重构实施系统，所述大口径(口径>1m)，该系统包括环境试验真空罐1、信标点光源3、折镜4和抛物镜子孔径阵列5；信标点光源3、折镜4和抛物镜子孔径阵列5均放置于环境试验真空罐1内；信标点光源3、折镜4与抛物镜子孔径阵列5构成多孔径平行光管。
信标点光源3，用于产生球面波；折镜4将点光源3发出球面波折转到抛物镜子孔径阵列5，经抛物镜子孔径阵列5反射后成为平面波，所述抛物镜子孔径阵列5由N个子孔径抛物镜组成，这些子孔径抛物镜的光轴相互平行，且与被测遥感相机2的待测视轴平行，N个子孔径抛物镜分别与被测遥感相机构成N个子孔径光学系统，子孔径光学系统能够利用相位复原法进行波前感知，N大于等于3；从抛物镜子孔径阵列5反射输出的平面波经过被测遥感相机2的光学入瞳21在遥感相机2的探测器6上形成离焦图像，所述离焦图像包括焦前图像和焦后图像，焦前图像和焦后图像均包含N个孔径对应的点扩散函数图像，用于计算每个子孔径光学系统的波前误差信息，每个子孔径光学系统的波前误差信息减去子孔径光学系统的波前系统误差得到遥感相机子孔径波前误差信息；遥感相机子孔径波前误差信息用于重构遥感相机全孔径的波前误差信息。为保证重构精度，所述子孔径抛物镜的数量N以子孔径抛物镜面积之和与被测遥感相机2光学入瞳21面积之比尽量大、N个子孔径抛物镜最外围边界覆盖的范围尽量大、均匀分布为原则来确定。
基于上述系统，本发明还提供了一种空间大口径遥感相机环境试验波前重构实施方法，该方法包括如下步骤：
s1、将抛物镜子孔径阵列5共轴标定，保证每一个子孔径抛物镜的光轴一致性，即N个子孔径抛物镜的光轴平行，保证对于遥感相机2而言，每个子孔径抛物镜所提供的信标光视场具有一致性，N大于等于3。
本步骤中，抛物镜子孔径阵列5共轴标定方法包括但不限于经纬仪光轴观瞄标定法和干涉仪标定法。共轴标定的目标是：任意两个子孔径抛物镜共轴误差在3角秒以内。
经纬仪光轴观瞄标定法：
(s1.1a)开启信标点光源(3)；
(s1.2a)将经纬仪A放置在待测遥感相机(2)拟放置的位置，即图1中抛物镜子孔径阵列(5)下方，用经纬仪指向其中一块子抛物镜(基准子抛物镜)，对准经其反射后形成的平面波，记录此时经纬仪的示数Va。
(s1.3a)将另一台经纬仪B放置在待测遥感相机(2)拟放置的位置，即图1中抛物镜子孔径阵列(5)下方，经纬仪A与经纬仪B在空间上互不干涉，用经纬仪B指向除基准子抛物镜外的另一块子抛物镜，并对准其反射后形成的平面波，记录此时经纬仪的示数Vb。
(s1.4a)经纬仪A和B互瞄，记录A和B互瞄对准时的示数Vab、Vba。
(s1.5a)根据Va、Vb、Vab、Vba可计算经纬仪B所瞄子抛物镜相较于基准子抛物镜的光轴夹角，通过调整此子抛物镜的指向角，使得其与基准子抛物镜光轴平行。
(s1.6a)重复上述步骤，调整每一块子抛物镜的光轴直到都与基准子抛物镜光轴平行，完成。
干涉仪标定法：
(s1.1b)开启干涉仪7，干涉仪7采用球面波标准头，标准头焦点位置与点光源3点源位置重合；
(s1.2b)任意选定抛物镜子孔径阵列5的一块子抛物镜作为基准子抛物镜；
(s1.3b)将标准平面镜8放置在能同时覆盖部分基准子抛物镜与部分待调整子抛物镜的位置，即将干涉仪7、折镜4、抛物镜子孔径阵列5的基准子抛物镜与其中一块待调整子抛物镜、标准平面镜8调整为自准直光路；
(s1.4b)观察干涉图样，可分别看到被标准平面镜8覆盖部分的两个子抛物镜的干涉条纹，由于待调整子抛物镜的光轴与基准子抛物镜不同，条纹的密度与倾斜方向都不一致，通过调整待调整子抛物镜的指向，使得两者干涉条纹的倾斜方向、密度相同；
(s1.5b)干涉仪测试获取波前图，依照待调整子抛物镜相对于基准子抛物镜的Fringe Zernike系数的Tiltx，Tilty示数精调待调整子抛物镜指向，直至其与基准子抛物镜光轴平行；
(s1.6b)重复上述步骤，调整每一块子抛物镜的光轴直到都与基准子抛物镜光轴平行，完成。
s2、对抛物镜子孔径阵列5进行波前测试，得到每个子孔径抛物镜的波前误差；
对抛物镜子孔径阵列5进行波前测试采用干涉法，其具体实现为：将干涉仪7、折镜4、抛物镜子孔径阵列5中每个子孔径抛物镜与标准平面反射镜8搭建为自准直干涉测量光路，分别测量每一个子孔径抛物镜的波前误差，即每个子孔径的系统波前误差，即每个子孔径光学系统的波前系统误差。所述标准平面反射镜8的口径仅需满足大于等于子孔径抛物镜的口径d。
s3、将被测遥感相机2推入真空罐；真空罐可以是低温真空罐，环境试验可通过抽出环境试验真空罐1内空气实现真空工况下的遥感相机性能测试，也可通过液氮制冷，实现低温工况下的遥感相机性能测试。
s4、将遥感相机2与抛物镜子孔径阵列对准标定，使得每个子孔径抛物镜的光轴与被测遥感相机2的待测视轴平行，且子孔径抛物镜阵列在被测遥感相机2的光学入瞳21处的投影与光学入瞳21共心，N个子孔径抛物镜分别与被测遥感相机构成N个子孔径光学系统，子孔径光学系统能够利用相位复原法进行波前感知；
本步骤对准标定包括两个方面，一个是轴对准，一个是口径对准；
轴对准采用但不局限于基准镜视轴标定法或探测器成像法，使得每个子孔径抛物镜的光轴与被测遥感相机2的待测视轴平行。
基准镜视轴标定法：遥感相机装调阶段，会将相机光学系统的主光轴方向与粘接在遥感相机主结构上的立方棱镜(基准镜)法向量做夹角关系标定，一般采用经纬仪确定该关系，经纬仪确定主光轴与立方镜关系的方法为公知方法，不予详细说明。基准镜视轴标定法包括如下步骤：
(s4.1)、信标点光源3开启；
(s4.2)、调节经纬仪的水平与俯仰角对准平行光管光轴，并记录此时的经纬仪水平角与俯仰角示数；
(s4.3)、计算(为公知方法)遥感相机待测视场视轴与基准镜法向量间的夹角关系，并以此确定经纬仪的调整角，即当且仅当经纬仪示数调整到本步骤的计算值且经纬仪视轴与遥感相机基准镜法向量实现对准重合，遥感相机待测视场即与平行光管光轴对准；
(s4.4)、调整经纬仪至步骤(s1.3)的方位角示数，并调节遥感相机指向角，直至纬仪视轴与遥感相机基准镜法向量实现对准重合，完成视轴标定；
基准镜视轴标定法可采用一台或多台经纬仪互瞄实现，当采用多台互瞄时，上述步骤略有改变，但改变步骤为公知方法，本处不予详细说明。
探测器成像标定法步骤如下：
(s4.1b)、信标点光源3开启；
(s4.2b)、遥感相机探测器6开机；
(s4.3b)、粗调整遥感相机指向，直到遥感相机对点光源所成点像进入探测器6像面范围内；
(s4.4b)、精细调整遥感相机指向，直到点像落到待测视场对应的探测器6像面上的像元坐标范围内，完成探测器成像标定法。
口径对准采用但不限于激光跟踪仪测定子孔径抛物镜阵列在被测遥感相机2的光学入瞳21处的投影与光学入瞳21的位置关系，并根据测定结果调整收敛两者间的共心误差：
激光跟踪仪测定步骤如下：
(s4.1c)、在每一块子抛物镜周围放置至少3个激光跟踪仪靶球，靶球应以子抛物镜为中心，呈等半径圆形分布，即每一块子抛物镜周围的至少3个靶球到其中心距离相同，该关系可在结构设计时采用子抛物镜镜框-激光跟踪仪靶球球座一体化设计的方式依赖于机加精度保证；
(s4.2c)、在遥感相机光学入瞳(一般以主镜作为相机的光学入瞳，本例以一般情况说明)周围放置至少3个激光跟踪仪靶球，靶球应以主镜为中心，呈等半径圆形分布，即主镜周围的至少3个靶球到其中心距离相同，该关系可在结构设计时采用主镜镜框-激光跟踪仪靶球球座一体化设计的方式依赖于机加精度保证；
(s4.3c)、用激光跟踪仪测量每一个靶球在测试坐标系下的坐标，并根据上述坐标计算每一块子孔径抛物镜以及待测相机光学入瞳的中心坐标，并进而计算子孔径抛物镜阵列在被测遥感相机2的光学入瞳21处的投影与光学入瞳21的位置关系。
(s4.4c)、根据上一步的结果调整待测遥感相机的平移，收敛口径对准误差。
激光跟踪仪测定的子孔径抛物镜阵列在被测遥感相机2的光学入瞳21处的投影与光学入瞳21的位置关系还可用于构造子孔径-全孔径的坐标关系，用于子孔径-全孔径的波前重构。
激光跟踪仪测定的两者位置关系还可用于构造子孔径-全孔径的坐标关系，用于子孔径-全孔径的波前重构。
s5、打开信标点光源3发射点源信标，将被测遥感相机的调焦机构调整到遥感相机焦前位置，对点源信标进行焦前曝光，由遥感相机的探测器6得到焦前图像；将被测遥感相机的调焦机构调整到被遥感相机焦后位置，对点源信标进行焦后曝光，由遥感相机的探测器6得到焦后图像；所述焦前图像和焦后图像中均包含N个孔径对应的点扩散函数图像；
s6、根据焦前图像和焦后图像中与N个子孔径相关的一对点扩散函数图像，以及每个子孔径光学系统的光瞳函数，利用相位复原法，计算每个子孔径光学系统的波前误差，共得到N个子孔径光学系统的波前误差；所述焦前图像与焦后图像对应子孔径的像面投影成对称关系。本步骤所表述的光瞳函数为二维数值矩阵，一般为正方形矩阵，即矩阵的行数与列数相同，该矩阵用以表达子孔径光学系统光瞳的形状，对于圆形光瞳则在该矩阵中构造圆形区域，区域内的数值设置为1，区域外的数值设置为0。更为精确的构造方法还需要考虑光学系统对于不同入瞳坐标光线的光能量衰减，并将归一化的衰减矩阵与光瞳函数矩阵点对点相乘，当前的空间遥感器对光学元件的反射率、透射率一致性有严格的要求，衰减矩阵对相位复原法精度影响较小，一般仅采用0-1的光瞳函数矩阵即可。
s7、将步骤s6计算获取的每个子孔径光学系统的波前误差减去子孔径光学系统的波前系统误差，得到遥感相机子孔径波前误差；所述子孔径光学系统的波前系统误差为步骤s2中测得的子孔径抛物镜的波前误差。
s8、根据被测遥感相机子孔径波前误差，利用子孔径-全孔径数值计算方法，重构被测遥感相机全孔径的的波前误差19。
子孔径-全孔径数值计算方法可以参考专利CN201710839440.X。
实施例1
如图1所示，本发明某一具体实施例中，抛物镜子孔径阵列5共轴标定。平行光管系统由点光源3、折镜4、抛物镜子孔径阵列5构成，其中折镜4将点光源3发出球面波折转到抛物镜子孔径阵列，经各抛物镜反射后成为平面波。由于抛物镜子孔径阵列5的各子镜的姿态略有差异，使得阵列式平行光管的出光轴略有差异，综上，应先对抛物镜子孔径阵列5进行共轴标定。
标定时开启光管点光源3，每个子孔径用经纬仪瞄准光轴方向，并与基准经纬仪进行互瞄将子孔径经纬仪测得的子孔径光轴传递到基准经纬仪并予以比较和调整，直至各子孔径光轴共轴误差收敛，根据经纬仪观瞄精度，共轴误差一般可收敛到3角秒以内；
如图2所示，平行光管波前测试。由于受到平行光管的各抛物镜加工精度、装配应力以及装调精度的影响，平行光管各子孔径的波前并非为0，由测试光路可知，相位复原法获取的波前是平行光管子孔径的波前与遥感相机的子孔径波前的叠加，为提高测试精度，须事先标定平行光管子孔径的波前误差。
检测光路由干涉仪7、折镜4、抛物镜子孔径阵列5与标准平面反射镜8构成，由于每个子孔径的波前可单独测量，因此标准平面反射镜8的口径仅需满足大于等于子孔径口径d即可，本步骤测得的平行光管子孔径波前误差记为Wi0，i＝1、2、3、4…，i为对应的子孔径编号.
撤出标准平面反射镜8，将遥感相机2推入真空罐1；
遥感相机2与抛物镜子孔径阵列5对准标定。遥感相机2推入真空罐1后，需要进行与抛物镜子孔径阵列5的对准标定，以期将抛物镜子孔径阵列5中的子孔径抛物镜22与遥感相机光学入瞳21实现对准到测试预定位置，该对准过程可采用激光跟踪仪等在线坐标测试设备测试，对准精度<0.1mm，远小于遥感相机尺寸的数量级；如图3所示。
获取遥感相机子孔径的焦前PSF9与焦后PSF10，如图4(a)和图4(b)所示。点光源3开启，遥感相机探测器6开启，通过遥感相机自身调焦机构的调整，探测器6可获取点源3的离焦图像，图像由各子孔径的离焦PSF构成。
对离焦PSF进行计算获取子孔径波前信息。成对提取每个孔径的PSF，由于焦前与焦后子孔径像面投影成对称关系，因此PSF图像也呈现焦前-焦后对称分布的特点，即图4(a)中的标号11与图4(b)中的标号17、图4(a)中的标号12与图4(b)中的标号18、图4(a)中的标号13与图4(b)中的标号15、图4(a)中的标号14与图4(b)中的标号16是对于四个子孔径的四对PSF，四对PSF可分别计算出四个子孔径的波前误差，记为Wi_test，i＝1、2、3、4…，i为对应的子孔径编号；
子孔径波前信息减去对应平行光管子孔径波前得到遥感相机子孔径波前信息19。遥感相机子孔径波前Wi＝Wi_test-Wi0，i＝1、2、3、4…，i为对应的子孔径编号；
利用子孔径-全孔径波前计算方法CN201710839440.X重构得到系统全口径波前20。如图5所示。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种空间大口径遥感相机环境试验波前重构实施方法，其特征在于包括如下步骤：
s1、将抛物镜子孔径阵列(5)共轴标定，保证每一个子孔径抛物镜的光轴一致性，即N个子孔径抛物镜的光轴平行，N大于等于3；
s2、对抛物镜子孔径阵列(5)进行波前测试，得到每个子孔径抛物镜的波前误差；
步骤s2对抛物镜子孔径阵列(5)进行波前测试的具体实现为：将干涉仪(7)、折镜(4)、抛物镜子孔径阵列(5)中每个子孔径抛物镜与标准平面反射镜(8)搭建为自准直干涉测量光路，分别测量每一个子孔径抛物镜的波前误差，即每个子孔径光学系统的波前系统误差；所述标准平面反射镜(8)的口径满足大于等于子孔径抛物镜的口径d；
s3、将被测遥感相机(2)推入真空罐；
s4、将遥感相机(2)与抛物镜子孔径阵列(5)对准标定，使得每个子孔径抛物镜的光轴与被测遥感相机(2)的待测视轴平行，且子孔径抛物镜阵列在被测遥感相机(2)的光学入瞳(21)处的投影与光学入瞳(21)共心，N个子孔径抛物镜分别与被测遥感相机构成N个子孔径光学系统，子孔径光学系统能够利用相位复原法进行波前感知；
s5、打开信标点光源(3)发射点源信标，将被测遥感相机的调焦机构调整到遥感相机焦前位置，对点源信标进行焦前曝光，由遥感相机的探测器(6)得到焦前图像；将被测遥感相机的调焦机构调整到被遥感相机焦后位置，对点源信标进行焦后曝光，由遥感相机的探测器(6)得到焦后图像；所述焦前图像和焦后图像中均包含N个孔径对应的点扩散函数图像；
s6、根据焦前图像和焦后图像中与N个子孔径相关的一对点扩散函数图像，以及每个子孔径光学系统的光瞳函数，利用相位复原法，计算每个子孔径光学系统的波前误差，共得到N个子孔径光学系统的波前误差；
s7、将步骤s6计算获取的每个子孔径光学系统的波前误差减去子孔径光学系统的波前系统误差，得到遥感相机子孔径波前误差；所述子孔径光学系统的波前系统误差为步骤s2中测得的子孔径抛物镜的波前误差；
s8、根据被测遥感相机子孔径波前误差，利用子孔径-全孔径数值计算方法，重构被测遥感相机全孔径的波前(19)误差。
2.根据权利要求1所述一种空间大口径遥感相机环境试验波前重构实施方法，其特征在于所述步骤s1抛物镜子孔径阵列(5)共轴标定方法包括经纬仪光轴观瞄标定法和干涉仪标定法。
3.根据权利要求1所述一种空间大口径遥感相机环境试验波前重构实施方法，其特征在于所述步骤s4，采用基准镜视轴标定法或探测器成像法，使得每个子孔径抛物镜的光轴与被测遥感相机(2)的待测视轴平行。
4.根据权利要求1所述一种空间大口径遥感相机环境试验波前重构实施方法，其特征在于所述步骤s4采用激光跟踪仪测定子孔径抛物镜阵列在被测遥感相机(2)的光学入瞳(21)处的投影与光学入瞳(21)的位置关系，并根据测定结果调整收敛两者间的共心误差。
5.根据权利要求1所述的一种空间大口径遥感相机环境试验波前重构实施方法，其特征在于所述焦前图像与焦后图像对应子孔径的像面投影成对称关系。
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CN103776389A (zh) * 2014-01-10 2014-05-07 浙江大学 一种高精度非球面组合干涉检测装置与方法
CN104198055B (zh) * 2014-08-29 2018-10-23 浙江依诺威声信息技术有限公司 一种波面检测装置
CN105318847A (zh) * 2015-11-12 2016-02-10 浙江大学 基于系统建模的非球面非零位环形子孔径拼接方法
CN107894326B (zh) * 2017-10-31 2020-04-03 中国科学院光电技术研究所 一种基于多波长相位调制的拼接主镜共相误差探测方法
CN110849591A (zh) * 2019-11-08 2020-02-28 中国科学院光电技术研究所 一种基于光瞳空间调制的多谱共相误差探测方法
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