CN117783002A - 一种多光谱星载主动光学系统及其波前探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多光谱星载主动光学系统及其波前探测方法，光学系统包括主镜、次镜、成像探测器、至少一个光源、至少一个波前传感器和多个阵列排布的反射组；反射组设置在次镜的径向圆周面上，反射组包括至少一个采样镜；光源与波前传感器分别设置在探测器的两侧；当光源的数量大于1个，各个光源的发光波长不同；波前传感器的数量和光源的数量相同；光源出射的部分光线透过主镜的通孔经两次次镜反射、两次主镜反射、一次采样镜反射再透过主镜的通孔后被波前传感器的感测面接收。可用于星载大口径多光谱空间相机主动光学系统的新型星内信标检测，满足多光谱空间光学遥感技术的波前畸变的探测需求。

Description

一种多光谱星载主动光学系统及其波前探测方法

技术领域

本发明实施例涉及波前探测技术领域，尤其涉及一种多光谱星载主动光学系统及其波前探测方法。

背景技术

空间光学遥感技术具有侦察范围广、实时性强、不受领土限制、大气扰动影响微小等优点，在地质勘探、环境保护、农林业管理、城市规划、灾害监测、气象预测等众多领域都有着广泛应用。遥感卫星通过作为核心载荷空间相机获得遥感图像。随着遥感技术的发展，遥感图像不断追求更高的分辨率、更好的成像质量和更大的光谱范围。尽管大气对遥感卫星的影响较小，但由于空间环境所带来的例如重力消失、温度梯度变化等因素，依然会导致成像质量的下降。此外，为了满足高分辨率要求，需要增大空间相机的通光口径，然而这将进一步加剧空间环境对成像质量的影响。

为了解决外界因素对大口径空间相机成像质量的影响，主动光学和自适应光学被提出。两者的核心原理都是通过实时校正光束的波前畸变，使得有像差的光学系统重新恢复到接近衍射极限的像质水平。但不同的是，自适应光学的校正目标是高频的，往往几百到上千赫兹。具有代表性的是在地基望远镜上使用自适应光学，补偿由大气抖动造成高频的波前畸变。主动光学的校正目标是低频的，其应用在空间相机中，可补偿温度造成的系统自身的低频波前畸变。

主动光学和自适应光学都由三部分组成：波前探测、波前重建和波前校正。波前探测需要通过信标提供光路上波前畸变的信息源，信标是实现主动光学波前探测到控制的前提。信标的种类繁多，地基望远镜中通常以自然星和激光导星作为信标。但是星载对地观测空间相机在成像过程中无法同时观测太空方向的自然星。利用激光导星需要配置高功率的激光器，但这会对星上稀缺的能源带来巨大挑战，不利的是容易降低卫星的隐蔽性。虽然使用地面物体作为目标的地物信标，在理论上可以应用于遥感卫星，但是到受地物结构、照明条件以及探测信噪比等诸多客观条件的限制；利用人工地面定标场尽管可以产生较理想的信标，但受到卫星轨道参数、图像幅宽、重访周期等限制，仅当卫星经过定标场正上方小区域时才可获得。

因此，目前面向于空间相机的波前探测方法还存在一定弊端，难以满足空间光学遥感技术波前畸变的探测需求。

发明内容

本发明提供了一种多光谱星载主动光学系统及其波前探测方法，用于星载大口径空间相机主动光学系统的新型星内信标检测，可以满足空间光学遥感技术波前畸变的探测需求。

第一方面，本申请提供了一种多光谱星载主动光学系统，包括主镜、次镜、成像探测器、至少一个光源、至少一个波前传感器和多个阵列排布的反射组；

所述反射组设置在所述次镜的径向圆周面上，所述反射组包括至少一个采样镜；所述光源与所述波前传感器分别设置在所述成像探测器的两侧；

当所述光源的数量大于1个，各个所述光源的发光波长不同；所述波前传感器的数量和所述光源的数量相同；

所述主镜包括通孔，所述光源出射的部分光线透过所述通孔经两次所述次镜反射、两次所述主镜反射、一次所述采样镜反射再次透过所述主镜的通孔后被所述波前传感器的感测面接收；

所有所述反射组围绕主光轴为旋转对称分布，所述成像探测器位于所述主光轴上；其中，所述主光轴为所述主镜和所述次镜的中心轴；

所述成像探测器的感光面为矩形，所述成像探测器的感光面的外切圆为像面区域，所述光源和所述波前传感器设置在所述像面区域边缘位置。

可选的，当所述反射组内采样镜的数量大于1个，所述采样镜的倾斜角度相同。

可选的，当所述光源的数量大于1个，各个所述光源的发射角度不同。

可选的，一所述光源、一所述反射组和一所述波前传感器为一探测组，在所述探测组内，所述波前传感器的接收角度、所述采样镜的倾斜角度与所述光源的发射角度相匹配。

可选的，多个所述反射组点阵排布。

第二方面，本申请实施例提供了一种多光谱星载主动光学系统的波前探测方法，采用第一方面提供的多光谱星载主动光学系统进行波前探测，所述波前探测方法包括：

调整采样镜的倾斜角度、波前传感器的接收角度与光源的发射角度相匹配；

在系统无畸变状态下，获取每个采样镜光束汇聚点在波前传感器上的特定区域成像，记录每个汇聚点所在的像素位置；

在系统畸变状态下，获取每个采样镜光束汇聚点在波前传感器上的特定区域成像，记录每个汇聚点所在的畸变像素位置；

根据每个汇聚点的像素位置和畸变像素位置，计算畸变偏移量和波前斜率，得到光束的波前斜率变化；

通过波前重构技术，利用波前传感器所输出的离散的波前斜率信息，计算系统整体的波前畸变。

可选的，所述光束的斜率变化满足：

；

；

其中，x_c为光束在x方向的斜率变化，y_c为光束在y方向的斜率变化；x_i′，y_i′分别为波前传感器上每个汇聚点中心点的坐标，将所述波前传感器的像面分割成L×M的网格区域；P_i,j为第(i，j)个探测器像素的光强度，0＜i＜L，0＜j＜M，i、j、L、M均为正整数。

可选的，所述波前探测方法还包括：

利用圆域Zernike多项式所表示的空间频域特性确定各个采样镜的间距及排布；其中，Zernike多项式导函数的径向功率谱密度函数为：

；

其中，n为正整数；J_n+1为n+1阶贝塞尔函数；P_fξ(f_r)表示Zernike多项式沿ξ方向偏导数的径向功率谱密度函数；P_fη(f_r) 表示Zernike多项式沿η方向偏导数的径向功率谱密度函数；f_r表示径向空间频率。

可选的，径向采样频率f_sample满足：

；

空间域内的采样间距满足：

其中，ξ_sample为沿ξ方向的空间域内的采样间距；η_sample为沿η方向的空间域内的采样间距；ξ方向和η方向正交；f_cut为功率谱密度函数在径向上最高峰下降到零时对应的径向频率，该频率f_cut代表Zernike 多项式导函数的最高空间频率。

综上，本申请实施例提供的光谱星载主动光学系统自带光源信标，在探测系统波前畸变时受客观条件限制少；点光源发出的光束经过少次数反射就可到达波前传感器，能量损失少；并且传播距离短，由此，只需要较低强度的光源便可以提供足够的探测信噪比。并且，由于泄露到空间相机外部的光强微弱，可以保证卫星的隐蔽性。

附图说明

图1是本申请提供的一种多光谱星载主动光学系统的光路示意图；

图2是图1提供的多光谱星载主动光学系统的波前探测方法的示意图；

图3是图1中光束在初始状态的光路示意图；

图4是图1中光束在畸变状态的光路示意图；

图5是本申请提供的一种5×5的采样镜的排布示意图；

图6是图5提供的多光谱星载主动光学系统的示意图；

图7采用图5采样镜排布的一种多光谱星载主动光学系统的三维结构；

图8是本申请提供的另一种多光谱星载主动光学系统的光路示意图；

图9是本申请提供的另一种以3个采样镜为一组的采样镜排布示意图；

图10是图9提供的多光谱星载主动光学系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在本发明中能进行各种修改和变化，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。因而，本发明意在覆盖落入所对应权利要求（要求保护的技术方案）及其等同物范围内的本发明的修改和变化。需要说明的是，本发明实施例所提供的实施方式，在不矛盾的情况下可以相互组合。

本发明鉴于现有技术中所存在的上述问题中的一个或多个而提出的一种多光谱星载主动光学系统。图1是本申请提供的一种多光谱星载主动光学系统的光路示意图，参照图1所示，本身申请实施例提供的一种多光谱星载主动光学系统包括主镜1、次镜2、成像探测器3、至少一个光源S，至少一个波前传感器5和多个反射组6；反射组6设置在次镜2的径向圆周面上，反射组6包括至少一个采样镜M；光源S与波前传感器组5分别设置在成像探测器3的两侧；当光源S的数量大于1个，各个光源S的发光波长不同；光源S的数量和波前传感器的数量相同，并且位置对应放置；主镜1包括通孔，光源S出射的部分光束S0透过通孔经两次镜2反射、两次主镜1反射、一次采样镜M反射反射后，再次透过主镜1的通孔被波前传感器5的感测面接收。所有反射组6围绕主光轴L为旋转对称分布，成像探测器3位于主光轴L上；其中，主光轴L为主镜1和次镜2的中心轴；成像探测器3的感光面为矩形，成像探测器3的感光面的外切圆为像面区域，光源S和波前传感器5设置在像面区域边缘位置。

具体的，参照图1所示，本申请实施例提供的多光谱星载主动光学系统的光学元件主要有主镜1、次镜2和采样镜M，示例性的，主镜1为口径为2m的圆形镜头，主镜1的中心区域设置通孔，光线可以透过。遥感卫星对地观测时，目标可视为无限远，因此用于成像的光束S1是接近平行光进入系统，并最终在成像探测器3的焦面上聚焦成像。根据光路可逆原理，在成像探测器3附近安装至少一个点光源S，光源S发出的部分光束S0会透过主镜1的通孔和次镜2的四周，以平行光射出光学系统；进一步地，在次镜2径向圆周所在的平面上设置多个反射组6，每个反射组6内的采样镜M的数量可以是1个、2个、3个或者3个以上，示例性的，采样镜M采用微小平面反射镜，其中，图1中仅展示了一个采样镜M的原理。由光源S发出的部分光束S0透过主镜1的通孔依经次镜2第一次反射后再次返回到系统内部，经主镜1第一次反射至采样镜M、经采样镜M反射回主镜1，再经主镜1第二次反射至次镜2，再经次镜2第二次反射后透过主镜1的通孔汇聚成点后被焦面附近的波前传感器5感测面接收。

在地面装调和检测时，通过调整每个采样镜M的倾斜角度，保证每个采样镜M光束汇聚点都在波前传感器5的特定区域成像，此时记录每个汇聚点所在的像素位置。当系统由空间环境影响发生畸变后，光束S0在采样镜M上发现方向发生变化，进而光束S0在波前传感器5的汇聚点也发生位移，通过每个局部位置光束的斜率，可以计算重构出系统整体的波前误差。其中，本申请图1中信标光源S发出的光束S0经两次主镜1反射、两次次镜2反射一次采样镜M反射后到达波前传感器5，具有反射次数少，能量损耗少的优势。

需要说明的是，波前传感器（Wave-Front Sensor ，WFS）是一种用于测量光学波前及其内任何像差的设备。波前是一个区域，在该区域中，波中采样的所有点在给定时刻具有相同的相位。波前传感器通过一个微透镜阵列将一个完整的波前分为若干个小的区域，把每一个独立的微透镜看作是一个微元并计算每一微元内波面的平均斜率。最终汇总组合所有计算结果既得到完整的波前信息。本申请实施例的波前传感器5的类型不做限制，示例性的，可以采用微型波前传感器，以减小器件的重量。

进一步地，继续参照图1所示，所有反射组6围绕主光轴L为旋转对称分布，成像探测器3位于主光轴L上；其中，主光轴L为主镜1和次镜2的中心轴，当反射组6内采样镜M的数量为1个或者多个，所有采样镜M围绕主光轴L为旋转对称分布，以接收光源S出射的光线。

可选的，当光源的数量大于1个，各个光源的发射角度不同。

具体的，继续参照图1所示，设置不同光源S的发射角度不同，通过提供更多的光束发射角度，可以提高检测光线的多样性，增加波前传感器5获得多个发光角度的汇聚点数量，从而提高信号采集数量，提高波前畸变测量精度。

在上述实施例的基础上，继续参照图1所示，一光源S、多个采样镜和一波前传感器5为一探测组，在探测组内，波前传感器5的接收角度、采样镜M的倾斜角度与光源S的发射角度相匹配。

具体的，继续参照图1所示，光源S出射的光束S0经特定倾斜角度的采样镜M反射后经特定接收角度的波前传感器5接收，可以保证各个探测组内的光信号采集互不干扰，提高探测信噪比。通过合理调整采样镜M的倾斜角度，可以将光线反射至相同的波前传感器5内，记录同一传播方向的光束S0信息，从而提高信号采集强度。

其中，多光谱星载主动光学系统包含多个探测组，光源和波前传感器的数量为一一对应关系，多个探测组中复用同一组对应关系的光源和波前传感器。

本申请实施例提供的光谱星载主动光学系统自带光源信标，在探测系统波前畸变时受客观条件限制少；点光源发出的光束经过少次数反射就可到达波前传感器，能量损失少；并且传播距离短，由此，只需要较低强度的光源便可以提供足够的探测信噪比。并且，由于泄露到空间相机外部的光强微弱，可以保证卫星的隐蔽性。

基于同一个发明构思，本发明实施例还提供了一种多光谱星载主动光学系统的波前探测方法，采用上述实施例提供的多光谱星载主动光学系统进行波前探测。图2是图1提供的多光谱星载主动光学系统的波前探测方法的示意图；图3是图1中光束在初始状态的光路示意图；图4是图1中光束在畸变状态的光路示意图。结合图1-图4所示，本发明实施例提供的波前探测方法包括：

S101、调整采样镜的倾斜角度、波前传感器的接收角度与光源的发射角度相匹配。

具体的，继续参照图1所示，在地面装调和检测时，调节一波前传感器5的接收角度、反射组内采样镜M的倾斜角度与一光源S的发射角度相匹配，形成一探测组，该探测次组内，光源S出射的光束S0经特定倾斜角度的采样镜M反射后经特定接收角度的波前传感器5接收。

S102、在系统无畸变状态下，获取每个采样镜光束汇聚点在波前传感器上的特定区域成像，记录每个汇聚点所在的像素位置。

具体的，结合图1和图3所示，本申请实施例中将光束S0的整个传播过程等效成一次采样镜M反射，以采样镜M的反射面建立坐标系O-xyz，以光源S所在的位置平面建立坐标系O′-x′y′z。光束S0由光源S发出，经过单个采样镜M反射后到达波前传感器5。在系统无畸变状态下，光束S0由单个采样镜M反射后，出现在波前传感器5成像面上的像点或光斑，位置记为T点，此时采样镜M的法向量为。

S103、在系统畸变状态下，获取每个采样镜光束汇聚点在波前传感器上的特定区域成像，记录每个汇聚点所在的畸变像素位置。

具体的，结合图1和图4所示，当系统受太空环境影响，即系统发生畸变后，光束S0由光源S发出，经过单个采样镜M反射后到达波前传感器5，T点位置变化为T′，采样镜M的法向量变化为。

S104、根据每个汇聚点的像素位置和畸变像素位置，计算畸变偏移量和波前斜率，得到光束的波前斜率变化。

具体的，已知O-xyz和O′-x′y′z坐标系的相对位置关系，以及光源（S）和采样镜（M）的位置，计算波前传感器5像面上的光斑质心，畸变偏移量和波前斜率，并根据波前斜率与光斑质心偏移量的关系，计算得到光束的波前斜率变化。

S105、通过波前重构技术，利用波前传感器所输出的离散的波前斜率信息，计算系统整体的波前畸变。

在主动光学中，不能直接获得光波波前，本申请利用波前重构技术，利用波前传感器所输出的离散的波前斜率信息，重构出系统畸变状态下整个系统的连续波前信息，获得系统整体的波前畸变。

在上述实施例的基础上，光束的斜率变化满足：

；

；

其中，x_c为光束在x方向的斜率变化，y_c为光束在y方向的斜率变化；x_i′，y_i′分别为波前传感器上每个汇聚点中心点的坐标，将波前传感器的像面分割成L×M的网格区域；P_i,j为第(i，j)个探测器像素的光强度，0＜i＜L，0＜j＜M，i、j、L、M均为正整数。

示例性的，本申请采用模式波前重构算法，波前探测方法还包括：

利用圆域Zernike多项式所表示的空间频域特性确定各个采样镜的间距及排布；其中，Zernike多项式导函数的径向功率谱密度函数为：

；

其中，n为正整数；J_n+1为n+1阶贝塞尔函数；P_fξ(f_r)表示Zernike多项式沿ξ方向偏导数的径向功率谱密度函数；P_fη(f_r) 表示Zernike多项式沿η方向偏导数的径向功率谱密度函数；f_r表示径向空间频率。

在上述实施例的基础上，根据Nyquist采样定理，设置采样对象的径向采样频率f_sample高于原始目标最高频率（f_cut）的两倍，可以通过采样的离散数据重构出原始目标，如此，本申请设置径向采样频率f_sample满足：

；

其中，f_cut为功率谱密度函数在径向上最高峰下降到零时对应的径向频率，该频率f_cut代表Zernike 多项式导函数的最高空间频率。

波前探测器采样时还会受到 Zernike 多项式导函数的角向频谱分布的限制，如此，本申请设置空间域内的采样间距满足：

；

其中，ξ_sample为沿ξ方向的空间域内的采样间距；η_sample为沿η方向的空间域内的采样间距，ξ方向和η方向正交。

继续结合图1所示，主镜1的口径为D（图中未示出），其中，口径为主镜的最大直径。作为一个示例，本申请实施例提供的空间望远镜主镜1的口径D=2m。对Zernike多项式的归一化处理，并根据Fourier变换的缩放定理，计算得到主镜1上的采样间距为:

；

其中，x_sample为沿x方向的空间域内的采样间距；y_sample为沿y方向的空间域内的采样间距。

下面以反射组6内设置一个采样镜M和3个采样镜M为例，来说明本申请实施例采样镜的间距及排布。其中，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围，反射组6内设置3个以上的采样镜M的实施方式均在本申请的保护范围。

示例性的，继续参照图1所示，以成像探测器3像面上设置一个光源S、一个波前传感器组5、反射组6内设置一个采样镜M为例，图5是本申请提供的一种5×5的采样镜的排布示意图；图6是图5提供的5×5采样镜的沿轴向视图。考虑到本申请实施例提供的波前传感器以方形“子孔径”阵列对系统波前进行划分。参考图5所示，通过上述实施例的采样间距的计算和分析，可以得到如图5所示的5×5的采样镜M的排布方式，采样个数为20，20个采样镜M点阵排布。进一步参照图6所示，根据此排布方式，可以在次镜2的组件中合理的设计用于支撑采样镜M的支撑结构21。

进一步地，图7采用图5采样镜排布的一种多光谱星载主动光学系统的三维结构，根据设计结构可知，遮拦比由5.6%增加到了6.7%，对衍射极限和MTF影响可忽略不计。其中，图7中的光学系统还包括支撑壳体22等结构，本申请实施例不再一一赘述。

需要说明的是，光束经望远镜扩束时，由于其次镜的遮拦造成输出一个圆环形光束，此空心光束的内圆即系统的遮拦，遮拦比为空心束的内外径之比。

在上述实施例的基础上，随着遥感技术的发展，单波段遥感技术只能获取某一小范围内波长的信息，因此限制了其在资源调查和环境监测等方面的应用。因此，现在空间相机往往需要具备多光谱甚至高光谱的成像能力。由于系统波前表示了光波在不同位置上的相位差，即光波中不同点的振动状态之间的相对差异，因此不同波长所对应的波前会有一定差异。

为保证所有波长的波前可以同时被探测和校正，图8是本申请提供的另一种多光谱星载主动光学系统的光路示意图，参考图8所示，本申请实施例采用三个不同波段的光源S，以及三个对应波长的波前传感器5进行波前探测。示例性的，记录三个光源S的波长分别为最小波长、中间波长和最大波长。成像探测器3的感光面为矩形，成像探测器3的感光面N的外切圆为像面区域（如图8中圆形虚线内所示），光源S和波前传感器5设置在像面M’区域边缘位置。

具体原理如下，在RC（Ritchey-Chretien，RC）光学系统中，矩形成像探测器3和像面M’是外接圆关系，以成像探测器3和像面M’的中心为坐标原点建立坐标系XYZ。示例性的，可以在成像探测器3的电路板4上开6个孔，孔均匀分布在圆形像面M’区域边缘位置，将三个波前传感器3（WFS）和三个光源S放置在电路板后方，分别与6个孔对应，并保证光源S发出和系统返回的光束S0可以通过各自的孔。相互对应的一个光源S、一个采样镜M与一个波前传感器3为一组探测组，相同编号的代表同一组探测组。

示例性的，结合图8所示，以反射组6内设置3个采样镜M为例，分别为第一采样镜M1、第二采样镜M2、第三采样镜M3。编号为1的光源S出的部分光线透过主镜1的通孔依次经次镜2、主镜1、第一采样镜M1、主镜1、次镜2反射后，再次透过主镜1的通孔后被编号为1的波前传感器（WFS）的感测面接收；编号为2的光源S出的部分光线透过主镜1的通孔依次经次镜2、主镜1、第二采样镜M2、主镜1、次镜2反射后，再次透过主镜1的通孔后被编号为2的波前传感器（WFS）的感测面接收；编号为3的光源S出的部分光线透过主镜1的通孔依次经次镜2、主镜1、第三采样镜M3、主镜1、次镜2反射后，再次透过主镜1的通孔后被编号为3的波前传感器（WFS）的感测面接收。3个光源S的发射角度不同，对应波前传感器3以特定的接收角度才能接受到反射回来的光，因此每组之间不会互相干扰。最后可以通过最小二乘法将三个波前传感器所探测的波前进行融合，得到综合的波前像差，通过校正该波前可以近似实现同时对所有波长的波前的校正。

其中，本身申请通过增加图像的光谱范围以及普段数量，可以获得更多遥感信息，从而提高图像价值。比如红外普段可以检测热源，可用于森林火灾检测；蓝绿普段可以用于观测植物、农作物的生长情况等。

图9是本申请提供的另一种以3个采样镜为一组的采样镜排布示意图；图10是图8提供的多光谱星载主动光学系统的示意图，参考图9和图10所示，为保证不同组不同角度的光学都能正常工作，示例性的，可以在每个子孔径对应位置增加3个采样镜M，在其他实施例中，还可以在每个子孔径对应位置增加多个采样镜M，如5个、8个等，设置3个仅仅是一个示例，本申请实施例不做限制。在装调时，可以通过分别调整每个采样镜M的位置，调整采样镜M的倾斜角度，保证每组探测组的光束S0能到达对应波前传感器3的对应子孔径区域，最终带有采样镜M的次镜2的组件结构设计。进一步，参考图10所示，还可以采用支撑结构21支撑采样镜M，3个采样镜M为一组反射组6呈点阵排布。

需要说明的是，本申请实施例采样镜M的排布不仅仅局限于图9中采样镜M的排布，根据采样镜M的数量，还可能是6×6、7×7…等多种类型排布，本申请不再一一示出，以上述实施例提供的采样镜M的排布和设置组合方式获得多光谱星载主动光学系统，均在本申请实施例的保护范围。

其中，本申请采用3个采样镜为一组，通过上述实施例提供的探测方法，可以探测更多光谱范围内的波前像差，为波前校正提供更精确的校正目标，可以提高图像分辨率，获得更多的图像细节，图像的应用范围就更广泛，提高了图像价值和畸变计算精度。

综上，本申请提供的星内信标方法是星载系统自带光源信标，因此在探测系统波前畸变时受客观条件限制少；点光源发出的光束经过少次数反射就可到达波前传感器，能量损失少；并且传播距离短，因此只需要较低强度的光源便可以提供足够的探测信噪比。并且，由于泄露到空间相机外部光强微弱，因此保证了卫星的隐蔽性。此外，通过多组不同波长波前传感器的组合，可以实现对多光谱范围的波前的探测。与现有星内信标方案相比，本申请所需附加结构简单，无运动部件，具有隐蔽性好、加工和装调简单、工程实施可行性强的优势。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互组合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种多光谱星载主动光学系统，其特征在于，包括主镜、次镜、成像探测器、至少一个光源、至少一个波前传感器和多个阵列排布的反射组；

所述反射组设置在所述次镜的径向圆周面上，所述反射组包括至少一个采样镜；所述光源与所述波前传感器分别设置在所述成像探测器的两侧；

当所述光源的数量大于1个，各个所述光源的发光波长不同；所述波前传感器的数量和所述光源的数量相同；

所述主镜包括通孔，所述光源出射的部分光线透过所述通孔经两次所述次镜反射、两次所述主镜反射、一次所述采样镜反射再次透过所述通孔后被所述波前传感器的感测面接收；

所有所述反射组围绕主光轴为旋转对称分布，所述成像探测器位于所述主光轴上；其中，所述主光轴为所述主镜和所述次镜的中心轴；

所述成像探测器的感光面为矩形，所述成像探测器的感光面的外切圆为像面区域，所述光源和所述波前传感器设置在所述像面区域边缘位置。

2.根据权利要求1所述的多光谱星载主动光学系统，其特征在于，当所述光源的数量大于1个，各个所述光源的发射角度不同。

3.根据权利要求2所述的多光谱星载主动光学系统，其特征在于，一所述光源、一个所述采样镜和一所述波前传感器组成一探测组，在所述探测组内，所述波前传感器的接收角度、所述采样镜的倾斜角度与所述光源的发射角度相匹配。

4.根据权利要求1所述的多光谱星载主动光学系统，其特征在于，多个所述反射组点阵排布。

5.一种多光谱星载主动光学系统的波前探测方法，采用权利要求1-4任一项所述的多光谱星载主动光学系统进行波前探测，其特征在于，所述波前探测方法包括：

调整采样镜的倾斜角度、波前传感器的接收角度与光源的发射角度相匹配；

在系统无畸变状态下，获取每个采样镜光束汇聚点在波前传感器上的特定区域成像，记录每个汇聚点所在的像素位置；

在系统畸变状态下，获取每个采样镜光束汇聚点在波前传感器上的特定区域成像，记录每个汇聚点所在的畸变像素位置；

根据每个汇聚点的像素位置和畸变像素位置，计算畸变偏移量和波前斜率，得到光束的波前斜率变化；

通过波前重构技术，利用波前传感器所输出的离散的波前斜率信息，计算系统整体的波前畸变。

6.根据权利要求5所述的波前探测方法，其特征在于，所述光束的斜率变化满足：

；

；

其中，x_c为光束在x方向的斜率变化，y_c为光束在y方向的斜率变化；x_i′，y_i′分别为波前传感器上每个汇聚点中心点的坐标，将所述波前传感器的像面分割成L×M的网格区域；P_i,j为第(i，j)个探测器像素的光强度，0＜i＜L，0＜j＜M，i、j、L、M均为正整数。

7.根据权利要求5所述的波前探测方法，其特征在于，所述波前探测方法还包括：

利用圆域Zernike多项式所表示的空间频域特性确定各个采样镜的间距及排布；其中，Zernike多项式导函数的径向功率谱密度函数为：

；

其中，n为正整数；J_n+1为n+1阶贝塞尔函数；P_fξ(f_r)表示Zernike多项式沿ξ方向偏导数的径向功率谱密度函数；P_fη(f_r) 表示Zernike多项式沿η方向偏导数的径向功率谱密度函数；f_r表示径向空间频率。

8.根据权利要求7所述的波前探测方法，其特征在于，径向采样频率f_sample满足：

；

空间域内的采样间距满足：

；

其中，ξ_sample为沿ξ方向的空间域内的采样间距；η_sample为沿η方向的空间域内的采样间距；ξ方向和η方向正交；其中，f_cut为功率谱密度函数在径向上最高峰下降到零时对应的径向频率，该频率f_cut代表Zernike 多项式导函数的最高空间频率。