本发明涉及空间望远镜领域，尤其涉及一种空间主动热光学系统。
背景技术：
在望远镜比如大型地面或红外望远镜的研究中，当由于重力、过载、冲击、温度变形等引起的系统波前误差对望远镜的性能造成较大影响时，一般采取主动光学技术来防止系统波前误差对望远镜的影响。现有的主动光学系统是校正波前误差的闭环控制系统，主要由波前传感器、计算机控制系统、校正元件和校正促动器组成。通过分布在反射镜背面的促动器阵列向反射镜施加轴向作用力进行镜面面形控制，来校正大型望远镜的主镜由于重力变化、制造误差、及温度梯度等引起的面形误差。该系统只需考虑镜面面形，具有技术流程清晰的优点。但是系统的结构复杂、重量大且对波前传感器的依赖性较高。对空间望远镜而言，温度场引起的光学系统镜面热变形对整个望远镜的像质影响最为严重，对于这种低频镜面变形可以采用提高空间望远镜热控精度的方法，但这不仅要花费大量经费，还增加了整个光学系统的复杂程度。
技术实现要素：
本发明旨在解决现有技术中解决现有主动光学系统复杂程度高、系统重量大和对波前传感器的依赖性较高的问题，提出一种空间主动热光学系统。
本发明提供一种实施例的空间主动热光学系统，所述空间主动热光学系统包括：第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜和第二反射镜分别设置在镜筒的两端；多个温度传感器，分布在第一反射镜、第二反射镜和镜筒上；多个校正促动器，多个校正促动器中一部分校正促动器位于第一反射镜上，多个校正促动器中另一部分校正促动器位于第二反射镜上；主动热光学控制器，分别与多个温度传感器和校正促动器控制器电连接；校正促动器驱动器，分别与校正促动器控制器和多个校正促动器电连接；其中所述主动热光学控制器用于根据多个温度传感器检测到的第一反射镜的温度、第二反射镜的温度和镜筒的温度，得到每个校正促动器应当施加的校正力和位移大小，通过校正促动器控制器输出所述校正力和位移大小至所述校正促动器驱动器，且通过校正促动器驱动器控制多个校正促动器以完成控制与校正第一反射镜的面形和第二反射镜的位移。
本发明的技术方案与现有技术相比，有益效果在于：通过温度传感器实时获取第一反射镜的温度、第二反射镜的温度和镜筒的温度，主动热光学控制器根据第一反射镜的温度、第二反射镜的温度和镜筒的温度，得到每个校正促动器应当施加的校正力和位移大小以完成控制与校正第一反射镜的面形和第二反射镜的位移，因此可以取消波前传感器，无需对第一反射镜面形进行实时探测和反馈，从而降低了主动光学系统复杂度，同时使得空间主动热光学系统的结构简单，重量轻，且成本较低。另外考虑了对第一反射镜面形的调整和第二反射镜位移的控制，适应能力强，能够适应各种口径的同轴或离轴式空间光学系统。
附图说明
图1为本发明空间主动热光学系统一种实施例的结构示意图。
1、第一反射镜，2、第二反射镜，3、温度传感器，4、校正促动器，5、温度测量器，6、主动热光学控制器，7、校正促动器控制器，8、校正促动器驱动器和9、镜筒。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
本发明的原理是利用空间光学系统成像质量的主要扰动源为温度场的变化，光学系统的焦面和面形变形情况可以用温度信息来反映。空间光学系统的低空间频率误差(偏心、离焦、主次镜间距变化等)可以采用改变第二反射镜的位置进行调整，高空间频率误差(主镜面形移去平移、倾斜、轴向离焦以及残余误差)可以通过调整第一反射镜的面形来完成。
本发明提供一种实施例的空间主动热光学系统，如图1所示，所述系统包括：
第一反射镜1和第二反射镜2，所述第一反射镜1和第二反射镜2分别设置在镜筒9的两端；
多个温度传感器3，分布在第一反射镜1、第二反射镜2和镜筒9上；
多个校正促动器4，多个校正促动器4中一部分校正促动器位于第一反射镜1上，多个校正促动器4中另一部分校正促动器位于第二反射镜2上；
主动热光学控制器6，分别与多个温度传感器3和校正促动器控制器7电连接；
校正促动器驱动器8，分别与校正促动器控制器7和多个校正促动器4电连接；其中所述主动热光学控制器6用于根据多个温度传感器3检测到的第一反射镜1的温度、第二反射镜2的温度和镜筒9的温度，得到每个校正促动器4应当施加的校正力和位移大小，通过校正促动器控制器7输出所述校正力和位移大小至所述校正促动器驱动器8，且通过校正促动器驱动器8控制多个校正促动器4以完成控制与校正第一反射镜1的面形和第二反射镜2的位移。
由于第一反射镜1受温度载荷作用下，第一反射镜1的镜面会产生热变形，从而导致反射镜1的镜面表面在不同区域产生不同程度的凸起或者凹陷，理想光学系统下的镜面面形是光滑连续曲面，实现反射镜的面形校即是将变形后镜面的面形校正恢复至接近理想光学系统下的镜面面形。
本发明通过温度传感器实时获取第一反射镜的温度、第二反射镜的温度和镜筒的温度，主动热光学控制器根据第一反射镜的温度、第二反射镜的温度和镜筒的温度，得到每个校正促动器应当施加的校正力和位移大小以完成控制与校正第一反射镜的面形和第二反射镜的位移，因此可以取消波前传感器，无需对第一反射镜面形进行实时探测和反馈，从而降低了主动光学系统复杂度，同时使得空间主动热光学系统的结构简单，重量轻，且成本较低。另外考虑了对第一反射镜面形的调整和第二反射镜位移的控制，适应能力强，能够适应各种口径的同轴或离轴式空间光学系统。
在具体实施中，多个校正促动器4设置在所述第一反射镜1的底部上。多个校正促动器4设置在所述第二反射镜2的底部或侧面。多个校正促动器4均匀地分布在第一反射镜1和第二反射镜上。所述第一反射镜1和第二反射镜2为同轴设置或者是离轴设置，且所述第一反射镜1的面形和第二反射镜2的面形相对设置。所述第一反射镜1和第二反射镜2分别通过柔性结构设置在镜筒9的两端。多个温度传感器3均匀地或非均匀地分布在第一反射镜1、第二反射镜2和镜筒9上。具体的，第一反射镜1和第二反射镜2均采用碳化硅材料，第一反射镜1的底部轻量化结构和第二反射镜2的底部轻量化结构均为蜂窝式结构。校正促动器4采用步进电机驱动，18个校正促动器4均匀分布安装在第一反射镜1底部、7个校正促动器4安装在第二反射镜2的侧面及底部，校正促动器4均通过环氧胶分别与第一反射镜1和第二反射镜2粘接。温度传感器3采用热敏电阻，型号为mf501，通过室温硫化硅橡胶gd414粘贴在第一反射镜1、第二反射镜2和镜筒9的测温点上，多喝温度传感器3与温度测量器5通过电缆连接并通过度测量系统5将第一反射镜1的温度、第二反射镜2的温度和镜筒9的温度发送至主动热光学控制器6。其中第一反射镜1上设置36个温度传感器3，第二反射镜2上设置4个温度传感器3，镜筒9上设置32个温度传感器3。主动热光学控制器统6分别与温度测量器5和校正促动器控制器7通过电缆相连。
在具体实施中，主动热光学控制器6还用于：
根据第一反射镜1的温度、第二反射镜2的温度和镜筒9的温度，得到第一反射镜面形、第一反射镜面形的变化量以及第一反射镜1和第二反射镜2之间的间距改变量；
根据第一反射镜面形，得到面形误差；
根据所述面形误差、第一反射镜面形的变化量以及第一反射镜1和第二反射镜2的间距改变量得到每个校正促动器应当施加的校正力和位移大小以通过多个校正促动器4移动第二反射镜的位置和调整第二反射镜面形。
具体的，所述空间主动热光学系统的校正和控制过程如下：首先，温度测量器5将高精度温度传感器3测量所得的第一反射镜1、第二反射镜2和镜筒9的温度分布情况反馈给主动热光学控制器6；接着，主动热光学控制器6根据预设的光机热集成仿真数据库和温度-面形转换程序，分析计算出第一反射镜1面形、第一反射镜1面形的变化量以及第一反射镜1和第二反射镜2的间距改变量，其中第一反射镜1和第二反射镜2之间的间距改变量包括沿光轴方向和横向方向的偏离量。将第一反射镜1面形通过zernike多项式分解为平移、倾斜、轴向离焦和面形误差，其中，平移、倾斜、轴向离焦与第一反射镜1和第二反射镜2之间的间距改变量通过移动第二反射镜2的位置来改正，面形误差通过调整第一反射镜1面形完成，面形误差可以为次高阶残差包括像散、彗差和球差等。主动热光学控制器6通过预设的面形校正力和镜面位移求解程序，计算出每个校正促动器4应当施加的校正力和位移大小，并将其传递给校正促动器控制器7；接着，校正促动器控制器7根据主动热光学控制器6求解得到的改正力或位移大小将控制指令传送给校正促动器驱动器8，另外以上计算过程中通过本领域现有的计算公式可以得到计算结果，最后，校正促动器驱动器8驱动校正促动器4生成指定校正力或位移作用于第一反射镜1和第二反射镜2上，以完成第一反射镜1的面形和第二反射镜2的位移的控制与校正。
上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。