基于子孔径扫描的大口径光学系统波前检测技术研究

发布时间：2017-08-16 09:02

  本文关键词：基于子孔径扫描的大口径光学系统波前检测技术研究

  更多相关文章： 测量 哈特曼原理 波前重构 斜率检测 误差分析

【摘要】：近年来,大口径的空间望远镜系统在航天领域以及军事国防领域的作用日益显著,先进光学系统的设计、加工技术也随之飞速发展。当前人们对空间光学系统集光能力和分辨率的要求不断提高,新一代空间光学系统口径不断增大,这提高了相应的加工与检测难度。大口径空间相机的研制离不开高精度的光学检测技术。特别是总装完成的光学系统,一般在发射升空之后无法对其进行除调焦之外的维修和调整,所以在总装之后、发射之前对其进行的波前检测必不可少。目前工程中比较常用的光学系统波前检测手段需要借助于外部大口径平行光管,模拟无穷远目标入射待检系统来检测系统的调制传递函数(MTF),作为评价系统像质的指标。但大口径平行光管制造成本较高,且运输难度大,很难实现外场条件下的检测。因此对于大口径望远镜系统的外场条件波前检测,迫切需要新的方法来实现。本论文的研究主要针对扫描哈特曼检测技术。这一检测技术由本实验室提出,适用于总装完毕的大口径空间光学系统的波像差检测。该技术基于哈特曼原理,以小口径平行光管在待检系统全口径范围的扫描采样取代大口径检具,实现对系统波像差的直接检测,比传统以调制传递函数为指标评价系统像质的技术更直观。此外,这一检测技术大大降低了检测成本,避免了大口径检具的运输、装调,有望实现大口径光学系统的外场检测。本文主要研究工作主要围绕以下几个方面展开:1、介绍扫描哈特曼检测技术原理,利用小口径平行光管扫描遍历系统通光口径实现对待检系统全口径的检测。对相关算法进行了研究并利用计算机仿真对一离轴三反系统进行模拟检测,分析了算法精度。进行了原理验证实验,验证了检测技术原理上的可行性。2、扫描哈特曼检测技术的指向误差分析。对检测过程中导轨指向误差的影响进行了理论分析,确定了检测技术所用设备的相关技术指标。通过计算机仿真并结合原理验证实验中实际光学系统的软件模型,对不同形式的指向误差分别分析了其对检测精度的影响。3、针对扫描哈特曼检测技术中导轨指向误差这一主要误差源,对技术中二维长行程导轨进行了大口径高精度标定,设计了误差补偿方案并开发相关控制系统。开发在线自动补偿系统并进行验证实验,为实现实际检测过程中的在线标定补偿功能打下坚实基础,对检测技术应用于工程实践起到了重要作用。
【关键词】：测量 哈特曼原理 波前重构 斜率检测 误差分析
【学位授予单位】：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH74
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-26
• 1.1 课题研究背景及意义12-13
• 1.2 相关领域的研究现状13-22
• 1.2.1 条纹反射检测技术13-14
• 1.2.2 干涉仪自准检测技术14-16
• 1.2.3 子孔径拼接检测技术16-17
• 1.2.4 平行光管模拟无穷远目标检测技术17-18
• 1.2.5 夏克-哈特曼波前传感技术18-19
• 1.2.6 五棱镜扫描检测技术19-21
• 1.2.7 系统自发平行光检测技术21-22
• 1.3 本论文研究目的22-23
• 1.4 论文主要内容及结构安排23-26
• 1.4.1 论文主要研究内容23-24
• 1.4.2 论文结构安排24-26
• 第2章 扫描哈特曼检测技术理论基础26-46
• 2.1 扫描哈特曼检测技术原理26-29
• 2.2 质心提取与波前重构算法29-38
• 2.2.1 质心提取算法29-33
• 2.2.2 波前重构算法33-38
• 2.3 算法精度分析与原理验证实验38-44
• 2.3.1 检测技术算法精度的仿真分析38-41
• 2.3.2 原理验证实验与结果分析41-44
• 2.4 本章小结44-46
• 第3章 扫描哈特曼检测技术的指向误差分析46-56
• 3.1 指向误差的理论分析46-49
• 3.2 随机指向误差的仿真研究49-52
• 3.3 导轨直线度引入的指向误差仿真52-55
• 3.4 本章小结55-56
• 第4章 指向误差在线补偿系统56-80
• 4.1 二维导轨指向误差标定实验56-67
• 4.1.1 水平导轨的扭摆标定实验58-64
• 4.1.2 二维导轨大口径俯仰-扭摆标定实验64-67
• 4.2 在线补偿系统方案设计67-72
• 4.3 在线补偿系统原理验证实验与结果分析72-78
• 4.3.1 补偿系统稳定性实验73-75
• 4.3.2 转动自由度独立性实验75-76
• 4.3.3 预设指向误差的补偿实验76-77
• 4.3.4 二维导轨单向运动全程的补偿实验77-78
• 4.4 本章小结78-80
• 第5章 总结与展望80-82
• 5.1 论文主要研究内容与总结80-81
• 5.2 论文创新点81
• 5.3 下一步工作展望81-82
• 参考文献82-88
• 在学期间学术成果情况88-90
• 指导教师及作者简介90-92
• 致谢92

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