本发明涉及一种探测系统及方法，特别是涉及一种视向速度测量的系外行星天基高精度探测系统及方法。
背景技术：
视向速度测量原理基于光的多普勒效应。当待观测目标光源靠近观测者时，观测到的光谱会发生蓝移，而当待观测目标光源远离观测者时，观测到的光谱会发生红移。通过对光谱进行分析，可解算出待观测目标光源在观测者视向的速度。系外行星与其宿主恒星由于引力作用，会绕它们共同的质心做开普勒运动，引起宿主恒星的运动速度发生周期性的变化。利用光的多普勒效应，对宿主恒星实施视向速度观测，通过数据的拟合，可以得到宿主恒星的视向速度振幅、变化周期、轨道相关信息。在通过行星与其宿主恒星的引力作用关系可得到行星的信息，从而实现系外行星的观测。
为实现视向速度的高精度测量，需实现宿主恒星光谱的精细观测。目前系外行星视向速度观测主要以地基观测为主，观测设备主要以交叉色散阶梯光栅色散原理实现光谱分析。天基观测相比于地面观测避免了地球大气的影响，成为系外行星观测的重点发展方向，部分天基观测系统已配置相应设备。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种视向速度测量的系外行星天基高精度探测系统及方法，其采用定差干涉式视向速度测量技术，结合定差干涉技术和光栅色散原理进行光谱分析，可实现高精度的视向速度测量，从而实现系外行星的探测。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种视向速度测量的系外行星天基高精度探测系统，其包括待观测寄宿行星、待观测宿主恒星、入射光调整模块、定差干涉与色散模块、图像采集与数据处理模块，入射光调整模块用于对入射的一个待观测宿主恒星发出的光进行准直；定差干涉与色散模块包括两个反射镜、一个分光镜和一个光栅组成，定差干涉与色散模块通过分光镜入射的宿主恒星光分成两束光，分别入射到两个反射镜上反射，再次经过分光镜汇合，形成干涉，然后干涉光经过光栅进行色散；图像采集与数据处理模块包括探测器和数据处理器，图像采集与数据处理模块用于接收定差干涉与色散模块的出射光，由探测器对干涉条纹进行采集，并将获得的信息传送给数据处理器，数据处理器结合一个待观测寄宿行星和待观测宿主恒星由于引力作用所形成的周期性运动关系对获取的信号进行处理，解算视向速度信息。
优选地，所述视向速度测量的系外行星天基高精度探测系统同样适用于系外行星地基高精度探测。
本发明还提供一种视向速度测量的系外行星天基高精度探测方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤一，待观测寄宿行星与待观测宿主恒星由于引力形成相对运动；
步骤二，观测宿主恒星发出的光经前端光学系统(如望远镜)收集及处理后进入入射光调整模块；
步骤三，入射光调整模块对入射光进行准直；
步骤四，定差干涉与色散模块对准直后的入射光进行分光、反射、干涉、色散；
步骤五，定差干涉与色散模块由两个反射镜、分光镜、光栅组成；
步骤六，入射的宿主恒星光经分光镜分光形成两束，分别入射到两个反射镜上反射，再次经过分光镜汇合，形成干涉，然后经光栅色散；
步骤七，图像采集与数据处理模块，接收定差干涉与色散模块的出射光，进行图像采集和数据处理；图像采集与数据处理模块包含探测器和数据处理器；
步骤八，探测器对干涉条纹进行采集，并将采集的信息传送给数据处理器；
步骤九，数据处理器对获取的信号进行处理，解算速度信息。
本发明的积极进步效果在于：本发明采用定差干涉式视向速度测量技术的系外行星天基高精度探测方法，由于采取上述的原理方案，利用定差干涉技术，设置固定光程差，实现待测速度到相位的转化；利用光栅的色散特性，将不同色光的干涉条纹进行空间分散；利用干涉条纹的变化获取相位变化信息，从而解算视向速度信息，完成宿主恒星的观测，通过解算可实现寄宿行星的观测。本发明采用定差干涉式视向速度测量技术，结合定差干涉技术和光栅色散原理进行光谱分析，可实现高精度的视向速度测量，从而实现系外行星的探测。
附图说明
图1为本发明的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
如图1所示，本发明视向速度测量的系外行星天基高精度探测系统包括入射光调整模块3、定差干涉与色散模块4、图像采集与数据处理模块8，入射光调整模块3用于对入射的一个待观测宿主恒星2发出的光进行准直；定差干涉与色散模块4包括两个反射镜5、一个分光镜6和一个光栅7组成，定差干涉与色散模块4通过分光镜6入射的宿主恒星光分成两束光，分别入射到两个反射镜5上反射，再次经过分光镜6汇合，形成干涉，然后干涉光经过光栅7进行色散；图像采集与数据处理模块8包括探测器9和数据处理器10，图像采集与数据处理模块8用于接收定差干涉与色散模块4的出射光，由探测器9对干涉条纹进行采集，并将获得的信息传送给数据处理器10，数据处理器10结合一个待观测寄宿行星1和待观测宿主恒星2由于引力作用所形成的周期性运动关系对获取的信号进行处理，解算视向速度信息。
视向速度测量的系外行星天基高精度探测系统同样适用于系外行星地基高精度探测。
本发明还提供一种视向速度测量的系外行星天基高精度探测方法，包括以下步骤：
步骤一，待观测寄宿行星1与待观测宿主恒星2由于引力形成相对运动；
步骤二，观测宿主恒星2发出的光经前端光学系统(如望远镜)收集及处理后进入入射光调整模块3；
步骤三，入射光调整模块3对入射光进行准直；
步骤四，定差干涉与色散模块4对准直后的入射光进行分光、反射、干涉、色散；
步骤五，定差干涉与色散模块4由两个反射镜5、分光镜6、光栅7组成；
步骤六，入射的宿主恒星光经分光镜6分光形成两束，分别入射到两个反射镜5上反射，再次经过分光镜6汇合，形成干涉，然后经光栅7色散；
步骤七，图像采集与数据处理模块8，接收定差干涉与色散模块4的出射光，进行图像采集和数据处理；图像采集与数据处理模块8包含探测器9和数据处理器10；
步骤八，探测器9对干涉条纹进行采集，并将采集的信息传送给数据处理器10；
步骤九，数据处理器10对获取的信号进行处理，解算速度信息。
本发明的工作原理如下：本发明的目的在于提供一种采用定差干涉式视向速度测量技术的系外行星天基高精度探测系统，该系统利用定差干涉与光栅色散光谱分析原理，观测宿主恒星的光谱变化，测量宿主恒星的视向速度信息，从而实现系外行星的观测。利用本发明，可精确测量宿主恒星的光谱多普勒变化，测算宿主恒星的视向速度，实现系外行星的天基高精度探测。
为了达到上述发明目的，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是提供采用定差干涉式视向速度测量技术的系外行星天基高精度探测系统，其具体流程如下：
(1)按功能划分为入射光调整模块、定差干涉模块、色散模块、图像采集与数据处理模块。
(2)目标宿主恒星作为光源，其发出的光经入射光调整模块调整后进入后续的定差干涉模块。
(3)定差干涉与色散模块对入射光进行调整，形成干涉条纹，并对条纹进行色散形成空间分离。宿主恒星由于多普勒效应，其光谱会周期性产生红移、蓝移交替，观测的干涉条纹将产生漂移，体现为相位漂移。
(4)图像采集与数据处理模块对色散后的干涉条纹进行成像采集；视向速度的周期性变化导致干涉条纹的周期性相变，通过条纹的变化解算相位变化量，从而解算宿主恒星相的视向速度。
(5)对视向速度观测数据的拟合，可以得到宿主恒星的视向速度振幅、变化周期、轨道相关信息，通过行星与宿主恒星的引力作用关系可得到行星的信息。
本发明提出的采用定差干涉式视向速度测量技术的系外行星天基高精度探测系统基于以下原理提出，其具体包含：
一，光谱多普勒效应。目标光源与观测者存在相对速度时，观测到的光谱将产生多普勒效应，产生红移或蓝移。当视向速度为v时，观测到的恒星光波长由λ变为λ′，两者关系为λ′=(c+v)·λ/c。
二，定差干涉技术。利用定差干涉结构，设置两干涉臂长度相差为Δd。光程差Δd与相位的关系为光谱频移前后，视向速度变化量与相位变化关系为
三，恒星与行星。目标宿主恒星与其寄宿行星间由于引力作用形成周期性运动。运动的速度及变化程度与宿主恒星、寄宿行星直接相关。
本发明采用定差干涉式视向速度测量技术的系外行星天基高精度探测系统，采取上述的原理方案，利用定差干涉技术，设置固定光程差，实现待测速度到相位的转化；利用光栅的色散特性，将不同色光的干涉条纹进行空间分散；利用干涉条纹的变化获取相位变化信息，从而解算视向速度信息，完成宿主恒星的观测，通过解算可实现寄宿行星的观测。
综上所述，本发明中所涉及的采用定差干涉式视向速度测量技术，结合定差干涉技术和光栅色散原理进行光谱分析，可实现高精度的视向速度测量，从而实现系外行星的探测。
以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。