钠导引星星群高重频波前畸变校正系统及方法与流程

本发明实施例涉及自适应光学校正技术领域，更具体地，涉及一种钠导引星星群高重频波前畸变校正系统及方法。

背景技术：

望远镜透过大气层观测目标时，目标信号光的波前受到大气湍流扰动而发生波前畸变，从而导致大型地基望远镜分辨率远低于理论值。采用自适应光学技术可以对这些扰动因素进行校正，使望远镜达到理论衍射极限分辨率，这对于理论衍射极限分辨率极高的大口径天文望远镜尤其必要。

自适应校正需要用天空中亮星作为导引星获波前畸变信息，目标信号以及导引星信号穿过大气层，被观测望远镜接收并分开，其中导引星信号被波前探测器接收并获得波前畸变信息，并将该波前畸变信息处理后反馈至波前控制器产生反畸变信息，在波前控制器的驱动控制下波前校正器对目标信号以及导引星信号进行波前畸变校正，校正后的目标信号经成像单元成像还原目标信息。

在激光钠导引星校正技术中，利用了海拔90～105km大气电离层中有许多金属原子，其中钠原子丰度高、且能发出很强的钠d2荧光谱线，采用相应波长的黄激光(称为钠导引星激光)共振激发这些钠原子，产生强烈的背向散射光，称为激光钠导引星(又称为钠信标)。钠导引星生成高度高(已接近大气顶层)、亮度高，对全程大气造成的波前畸变都能很好校正，使望远镜实现近衍射极限的高分辨率。单颗钠导引星校正波前畸变已被广泛使用，但单颗钠导引星校正时，存在锥体效应，将导致校正的空间不均匀，即中心区域校正精度高，边缘区域校正精度低，并且其校正的大气扰动范围小，不能满足现今的大型地基望远镜对大视场的要求，为此提出了多颗钠导引星的星群技术。

目前，连续钠导引星星群校正应用较为广泛，连续钠导引星星群校正的基本思想是在待观测目标周围发射多束连续波激光，形成钠导引星星群，使其能大范围探测大气扰动。连续波钠导引星星群校正技术是利用连续波激光产生钠导引星，探测的不同方向的总波前畸变，通过理论分析计算可得到各层湍流所引起的波面畸变模拟值，并将模拟结果反馈至波前校正器对其进行补偿实现校正。

但是，连续波钠导引星星群校正技术存在以下问题：

1)采用连续波激光产生钠导引星，会在50km以下的低层大气产生瑞利散射干扰，且难以消除；

2)采用钠导引星星群，由于存在多束激光，多颗钠导引星与多束瑞利散射光之间存在相互串扰问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的钠导引星星群高重频波前畸变校正系统及方法。

一方面本发明实施例提供了一种钠导引星星群高重频波前畸变校正系统，所述系统包括：微秒脉冲钠导引星激光器组1、发射单元2、观测望远镜5、校正补偿单元6、分光单元7、波前探测单元8、n维交叠数据分析单元9、n维交叠采样成像单元10以及控制单元11；

所述微秒脉冲钠导引激光器组1包括多个微秒脉冲钠导引激光器，所述多个微秒脉冲钠导引激光器与所述发射单元2，沿所述多个微秒脉冲钠导引激光器产生的微秒脉冲激光的传播方向同轴设置，所述微秒脉冲钠导引激光器组1用于通过所述发射单元2向大气电离层的特定区域发射多束微秒脉冲激光，并在所述大气电离层的特定区域产生多颗钠导引星，所述多颗钠导引星与所述多个微秒脉冲钠导引激光器一一对应；

所述观测望远镜5用于接收待处理回光，所述观测望远镜5、所述校正补偿单元6中的波前校正器6-1和所述分光单元7三者沿所述待处理回光的传播方向同轴设置，所述待处理回光包括所述待观测目标的信号光以及所述多颗钠导引星的背向散射光；

所述分光单元7用于将所述待处理回光中的所述待观测目标的信号光以及所述多颗钠导引星的背向散射光分开；

所述波前探测单元8包括多个波前探测器，所述多个波前探测器与所述多个微秒脉冲钠导引激光器一一对应，所述多个波前探测器与所述分光单元7，沿所述多颗钠导引星的背向散射光经所述分光单元7后的传播方向同轴设置，每个波前探测器用于探测对应的钠导引星的背向散射光的波前畸变；

所述n维交叠数据分析单元9分别与所述波前探测单元8以及所述校正补偿单元6中的波前控制器6-2电连接，所述n维交叠数据分析单元9用于分析每个波前探测器探测到的波前畸变，且每分析得到一个波前畸变信息时，将该波前畸变信息发送至波前控制器6-2；

所述波前控制器6-2用于在每接收到的一个波前畸变信息后，根据该波前畸变信息控制所述波前校正器6-1对所述待观测目标的信号光进行一次校正；

所述n维交叠采样成像单元10与所述分光单元7，沿所述待观测目标的信号光经所述所述分光单元7后的传播方向同轴设置，用于在所述待观测目标的信息光经过校正后，对所述待观测目标的信息光进行成像；

所述控制单元11分别与所述微秒脉冲钠导引星激光器组1、所述发射单元2、所述波前探测单元8以及所述n维交叠数据分析单元9电连接，用于控制每个波前探测器在对应的微秒脉冲钠导引激光器通过所述发射单元2发射微秒脉冲激光后的预设时间段内，接收对应的钠导引星的背向散射光，还用于控制所述发射单元2的发射角度。

其中，所述预设时间段的起始时刻，为每束微秒脉冲激光的脉冲前沿在大气电离层下边缘产生的钠导引星的背向散射光传播至地面的时刻；所述预设时间段的结束时刻，为所述微秒脉冲激光的脉冲后沿在大气电离层上边缘产生的钠导引星的背向散射光传播至地面的时刻。

其中，所述控制单元11进一步用于控制所述微秒脉冲钠导引星激光器组1中的所述多个微秒脉冲钠导引星激光器和所述发射单元2，以预设时间间隔δt依次向大气电离层的特定区域发射多束微秒脉冲激光，并在所述大气电离层的特定区域产生多颗钠导引星。

其中，所述多个微秒脉冲钠导引激光器中任意一个微秒脉冲钠导引激光器的周期t为所述预设时间间隔δt的n倍，其中，n为所述多个微秒脉冲钠导引激光器中微秒脉冲钠导引激光器的数量。

另一方面本发明实施例提供了一种利用上述系统的钠导引星星群高重频波前畸变校正方法，所述方法包括：

s1，所述控制单元11控制所述微秒脉冲钠导引激光器组1和所述发射单元2向大气电离层的特定区域发射多束微秒脉冲激光，并在所述大气电离层的特定区域产生多颗钠导引星，所述多颗钠导引星与所述多个微秒脉冲钠导引激光器一一对应；

s2，所述观测望远镜5接收待处理回光，所述观测望远镜5、所述校正补偿单元6中的波前校正器6-1和所述分光单元7三者沿所述待处理回光的传播方向同轴设置，所述待处理回光包括所述待观测目标的信号光以及所述多颗钠导引星的背向散射光；

s3，所述分光单元7用于将所述待处理回光中的所述待观测目标的信号光以及所述多颗钠导引星的背向散射光分开；

s4，所述控制单元11控制每个波前探测器在对应的微秒脉冲钠导引激光器通过所述发射单元2发射微秒脉冲激光后的预设时间段内，接收对应的钠导引星的背向散射光，并探测所述对应的钠导引星的背向散射光的波前畸变；

s5，所述控制单元11控制所述n维交叠数据分析单元9分析依次每个波前探测器探测到的波前畸变，且每分析得到一个波前畸变信息时，将该波前畸变信息发送至波前控制器6-2；

s6，所述波前控制器6-2在每接收到的一个波前畸变信息后，根据该波前畸变信息控制所述波前校正器6-1对所述待观测目标的信号光进行一次校正；

s7，所述n维交叠采样成像单元10在所述待观测目标的信息光经过校正后，对所述待观测目标的信息光进行成像。

其中，所述预设时间段的起始时刻，为每束微秒脉冲激光的脉冲前沿在大气电离层下边缘产生的钠导引星的背向散射光传播至地面的时刻；所述预设时间段的结束时刻，为所述微秒脉冲激光的脉冲后沿在大气电离层上边缘产生的钠导引星的背向散射光传播至地面的时刻。

其中，步骤s1进一步包括：

所述控制单元11控制所述微秒脉冲钠导引星激光器组1中的所述多个微秒脉冲钠导引星激光器和所述发射单元2，以预设时间间隔δt依次向大气电离层的特定区域发射多束微秒脉冲激光，并在所述大气电离层的特定区域产生多颗钠导引星。

其中，所述多个微秒脉冲钠导引激光器中任意一个微秒脉冲钠导引激光器的周期t为所述预设时间间隔δt的n倍，其中，n为所述多个微秒脉冲钠导引激光器中微秒脉冲钠导引激光器的数量。

本发明实施例提供的一种钠导引星星群高重频波前畸变校正系统及方法，通过设置一一对应的多个微秒脉冲钠导引激光器和多个波前探测器，分别对每束微秒脉冲激光产生的钠导引星的背向散射光单独进行处理，再通过在预设时间段内接收钠导引星的背向散射光，来消除瑞利散射光的干扰，提高背向散射光的信噪比，避免了多颗钠导引星与多束瑞利散射光柱之间的互相串扰，同时可提高较低层大气的探测重频，进而提高校正精度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种钠导引星星群高重频波前畸变校正系统的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种三束微秒脉冲激光的钠导引星星群高重频波前畸变校正系统的脉冲控制示意图；

图3为本发明实施例提供的一种三束微秒脉冲激光的钠导引星星群高重频波前畸变校正系统的高重频示意图；

图4为本发明实施例提供的一种五束微秒脉冲激光的钠导引星星群高重频波前畸变校正系统的高重频示意图；

图5为本发明实施例提供的一种六束束微秒脉冲激光的钠导引星星群高重频波前畸变校正系统的高重频示意图；

图6为本发明实施例提供的一种钠导引星星群高重频波前畸变校正方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种钠导引星星群高重频波前畸变校正系统，如图1所示，所述系统包括：微秒脉冲钠导引星激光器组1、发射单元2、观测望远镜5、校正补偿单元6、分光单元7、波前探测单元8于、n维交叠数据分析单元9、n维交叠采样成像单元10以及控制单元11；其中：

所述微秒脉冲钠导引激光器组1包括多个微秒脉冲钠导引激光器，所述多个微秒脉冲钠导引激光器与所述发射单元2，沿所述多个微秒脉冲钠导引激光器产生的微秒脉冲激光的传播方向同轴设置，所述微秒脉冲钠导引激光器组1用于通过所述发射单元2向大气电离层的特定区域发射多束微秒脉冲激光，并在所述大气电离层的特定区域产生多颗钠导引星，所述多颗钠导引星与所述多个微秒脉冲钠导引激光器一一对应；

所述观测望远镜5用于接收待处理回光，所述观测望远镜5、所述校正补偿单元6中的波前校正器6-1和所述分光单元7三者沿所述待处理回光的传播方向同轴设置，所述待处理回光包括所述待观测目标的信号光以及所述多颗钠导引星的背向散射光；

所述分光单元7用于将所述待处理回光中的所述待观测目标的信号光以及所述多颗钠导引星的背向散射光分开；

所述波前探测单元8包括多个波前探测器，所述多个波前探测器与所述多个微秒脉冲钠导引激光器一一对应，所述多个波前探测器与所述分光单元7，沿所述多颗钠导引星的背向散射光经所述分光单元7后的传播方向同轴设置，每个波前探测器用于探测对应的钠导引星的背向散射光的波前畸变；

所述n维交叠数据分析单元9分别与所述波前探测单元8以及所述校正补偿单元6中的波前控制器6-2电连接，所述n维交叠数据分析单元9用于分析每个波前探测器探测到的波前畸变，且每分析得到一个波前畸变信息时，将该波前畸变信息发送至波前控制器6-2；

所述波前控制器6-2用于在每接收到的一个波前畸变信息后，根据该波前畸变信息控制所述波前校正器6-1对所述待观测目标的信号光进行一次校正；

所述n维交叠采样成像单元10与所述分光单元7，沿所述待观测目标的信号光经所述所述分光单元7后的传播方向同轴设置，用于在所述待观测目标的信息光经过校正后，对所述待观测目标的信息光进行成像；

所述控制单元11分别与所述微秒脉冲钠导引星激光器组1、所述发射单元2、所述波前探测单元8以及所述n维交叠数据分析单元9电连接，用于控制每个波前探测器在对应的微秒脉冲钠导引激光器通过所述发射单元2发射微秒脉冲激光后的预设时间段内，接收对应的钠导引星的背向散射光，还用于控制所述发射单元2的发射角度。

其中，所述大气电离层的特定区域是指待观测目标的信号光传播到观测望远镜过程中，经过90km-105km左右大气层(近大气层顶端)的附近区域。

所述n维交叠数据分析单元9和所述n维交叠采样成像单元10中n大于等于2。

具体地，对于所述多个微秒脉冲钠导引激光器中的任意一个微秒脉冲钠导引激光器，所述任意一个微秒脉冲钠导引激光器的周期不小于特定值。所述特定值为时刻t2与时刻t0的差值，t0为所述微秒脉冲激光的脉冲前沿离开地面的时刻，t2为所述微秒脉冲激光的脉冲后沿在大气电离层上边缘产生的钠导引星的背向散射光传播至地面的时刻。所述任意激光器的周期不小于特定值t2-t0，可以避免任意激光器中下一周期的激光脉冲的瑞利散射光干扰上一周期的激光脉冲的钠导引星的背向散射光。

所述控制单元11分别与所述微秒脉冲钠导引星激光器组1、所述发射单元2、所述波前探测单元8以及所述n维交叠数据分析单元9电连接，所述控制单元11分别控制所述微秒脉冲钠导引星激光器组1、所述发射单元2、所述波前探测单元8以及所述n维交叠数据分析单元9。其中，所述控制单元11具体用于控制每个波前探测器在对应的微秒脉冲钠导引激光器通过所述发射单元2发射微秒脉冲激光后的预设时间段内，接收对应的钠导引星的背向散射光。通过所述控制单元11控制每个波前探测器在对应的微秒脉冲钠导引激光器通过所述发射单元2发射微秒脉冲激光后的预设时间段内，接收对应的钠导引星的背向散射光，可以避免波前探测器收到同一个脉冲激光的瑞利散射的干扰。

所述多个波前探测器中的波前探测器与所述多个微秒脉冲钠导引激光器中的微秒脉冲钠导引激光器一一对应设置，即每个微秒脉冲钠导引激光器发射的微秒脉冲激光在大气电离层产生的钠导引星的背向散射光，由对应设置的波前探测器接收，并进行波前畸变探测。通过这种一一对应的设置可以避免多颗钠导引星的背向散射光与瑞利散射光之间的串扰。

本发明实施例提供的一种钠导引星星群高重频波前畸变校正系统，通过设置一一对应的多个微秒脉冲钠导引激光器和多个波前探测器，分别对每束微秒脉冲激光产生的钠导引星的背向散射光单独进行处理，再通过在预设时间段内接收钠导引星的背向散射光，来消除瑞利散射光的干扰，提高背向散射光的信噪比，避免了多颗钠导引星与多束瑞利散射光柱之间的互相串扰，同时可提高较低层大气的探测重频，进而提高校正精度。

在上述实施例中，所述预设时间段的起始时刻t1，为每束微秒脉冲激光的脉冲前沿在大气电离层下边缘产生的钠导引星的背向散射光传播至地面的时刻；所述预设时间段的结束时刻t2，为所述微秒脉冲激光的脉冲后沿在大气电离层上边缘产生的钠导引星的背向散射光传播至地面的时刻。

具体地，对于由某个微秒脉冲钠导引激光器发射的一束微秒脉冲激光，在时刻t1，对应的波前探测器开启，接收这一束微秒脉冲激光产生的钠导引星的背向散射光，并探测器波形畸变。在时刻t2，对应的波前探测器关闭。对于多个微秒脉冲激光来说，上述过程即为在对应的微秒脉冲激光发射后的预设时间段[t1，t2]内，接收所述对应的微秒脉冲激光产生的钠导引星的背向散射光，并分别探测所述多颗钠导引星的背向散射光的波前畸变。通过控制每个波前探测器在预设时间段[t1，t2]内进行波前探测，可以消除瑞利散射对钠导引星背向散射光的干扰。

在上述实施例中，所述控制单元11进一步用于控制所述微秒脉冲钠导引星激光器组1中的所述多个微秒脉冲钠导引星激光器和所述发射单元2，以预设时间间隔δt依次向大气电离层的特定区域发射多束微秒脉冲激光，并在所述大气电离层的特定区域产生多颗钠导引星。

具体地，通过控制控制所述微秒脉冲钠导引激光器组中多个微秒脉冲钠导引激光器以时间间隔δt来发射所述微秒脉冲激光，对应的控制所述波前探测器组中的多个波前探测器在对应的时间段内进行探测。在低层大气中，校正区域部分重叠，若发射2束微秒脉冲激光，相当于对该重叠区域进行了两次自适应校正，提高了低层大气的校正重复频率。

在上述实施例中，所述多个微秒脉冲钠导引激光器中任意一个微秒脉冲钠导引激光器的周期t为所述预设时间间隔δt的n倍，其中，n为所述多个微秒脉冲钠导引激光器中微秒脉冲钠导引激光器的数量。

其中，微秒脉冲钠导引激光器组中包含有多个微秒脉冲钠导引激光器，且每个激光器的周期相同，即重复频率相同，脉宽相同。

具体地，n台周期均为t，重复频率均为ω的微秒脉冲激光钠导引星激光器1-1、1-2…1-n，在控制系统11的控制下均以时间间隔δt＝t/n次序发出。控制系统11控制波前探测器8-n在微秒脉冲钠导引星激光器1-n发射激光后的预设时间段[t1，t2]内探测，并且控制n维交叠数据分析单元9对波前探测器8-n探测到的波前畸变进行分析。由于在较低层的大气中，校正的区域部分重叠，若重叠区域经过两次校正，则n维交叠数据分析单元9对该重叠区域进行了两次数据分析，对应n维交叠采样成像单元10则进行了二次成像，即实现二次采样校正成像。则探测重频可提高2倍，即重频为2ω；若重叠区域经过三次校正，则n维交叠数据分析单元9对该重叠区域进行了三次数据分析，对应n维交叠采样成像系统10则进行了三次成像，即实现三次采样校正成像，则探测重频可提高3倍，即重频为3ω；若n次重叠，则n维交叠数据分析单元9对该重叠区域进行了n次数据分析，对应n维交叠采样成像系统10则进行了n次成像，即实现n次采样校正成像，则探测重频可提高n倍，即重频为nω。由于探测重频的提高，可大大提高对较低层大气扰动的校正重频，从而提高全视场动态校正大气扰动导致的波前畸变的精度，使大型地基望远镜实现全天区、大视场、高分辨、高灵敏成像。

下面通过实例对本发明实施例的方案进行进一步说明，如图2所示，n＝3时，3台周期均为1ms，重复频率ω均为1000hz，脉宽均为50us的微秒脉冲激光钠导引星激光器1-1、1-2、1-3，在控制单元11的控制下均以时间间隔δt＝1/3ms次序发出。控制单元11控制发射单元2以不同角度分别发射3束微秒脉冲钠导引星激光，并且分布在海拔90km左右高空的特定位置处，从而在待观测目标3附近的大气电离层产生人造微秒脉冲钠导引星星群4。不同位置的微秒脉冲钠导引星的背向散射光部分经过大气层传输后携带大气扰动信息到达观测望远镜5，所述观测望远镜5探测并接收待观测目标的信号光和携带大气扰动信息到达地面的钠导引星星群的背向散射光。经分光单元7将携带待观测目标信息的信号光与携带大气扰动信息的钠导引星星群的背向散射光分开。n维交叠采样成像单元10对待观测目标信息的光信号进行成像，控制单元11控制波前探测器8-1在微秒脉冲钠导引星激光器1-1发射激光后[600μs，750μs]时间段内探测，并且控制n维交叠数据分析单元9对波前探测器8-1探测到的波前畸变进行分析，并将分析得到的波前畸变信息传递给波前控制器6-2，波前控制器6-2控制并驱动波前校正器6-1，实现对携带待观测目标信息的光信号的自适应光学校正。同理，控制单元11控制微秒脉冲钠导引星激光器1-2与波前探测器8-2、微秒脉冲钠导引星激光器1-3与波前探测器8-3，实现对携带待观测目标信息的光信号的自适应光学校正。如图3所示，由于在较低层的大气中，校正的区域部分重叠，若重叠区域经过两次校正，则n维交叠数据分析单元9对该重叠区域进行了两次数据分析，对应n维交叠采样成像单元10则进行了二次成像，即实现二次采样校正成像，则探测重频可提高2倍，即重频为2ω。若三次重叠，即实现三次采样校正成像，则探测重频可提高3倍，即重频为3ω。由于探测重频的提高，可大大提高对较低层大气扰动的校正重频，从而提高全视场动态校正大气扰动导致的波前畸变的精度。

优选地，n＝5时，5台周期均为1ms，重复频率ω均为1000hz，脉宽均为50us的微秒脉冲激光钠导引星激光器1-1、1-2、1-3、1-4、1-5，在控制单元11的控制下使1-2与1-4、1-3与1-5分别同步发射，则间隔次序发射顺序为1-1、1-2/1-4、1-3/1-5，时间间隔为δt＝1/3ms；控制单元11控制发射单元2以不同角度分别发射5束微秒脉冲钠导引星激光，并且分布在海拔90km左右高空的特定位置处，从而在待观测目标3附近的大气电离层产生人造微秒脉冲钠导引星星群4；不同位置的微秒脉冲钠导引星的背向散射光部分经过大气层传输后携带大气扰动信息到达观测望远镜5；所述观测望远镜5，探测并接收待观测目标的信号光和携带大气扰动信息到达地面的微秒脉冲钠导星星群信号；经分光单元7将携带待观测目标信息的信号光与携带大气扰动信息的微秒脉冲钠导引星星群信号分开；n维交叠采样成像单元10对待观测目标信息的光信号进行成像；控制单元11控制波前探测器8-1在微秒脉冲钠导引星激光器1-1发射激光后[600μs，750μs]时间段内探测，并且控制n维交叠数据分析单元9对波前探测器8-1探测到的波前畸变进行分析，并将分析得到的波前畸变信息传递给波前控制器6-2；波前控制器6-2控制并驱动波前校正器6-1，实现对携带待观测目标信息的光信号的自适应光学校正；同理，控制单元11控制微秒脉冲钠导引星激光器1-1、1-2、1-4、1-3、1-5与波前探测器8-1、8-2、8-4、8-3、8-5，实现对携带待观测目标信息的光信号的自适应光学校正。如图4所示，当n＝5时，若两次重叠，即实现二次采样校正成像，则探测重频可提高2倍，即重频为2ω；若三次重叠，即实现三次采样校正成像，则探测重频可提高3倍，即重频为3ω。由于探测重频的提高，可大大提高对较低层大气扰动的校正重频，从而提高全视场动态校正大气扰动导致的波前畸变的精度，使大型地基望远镜实现全天区、大视场、高分辨、高灵敏成像。

优选地，n＝6时，6台周期均为1ms，重复频率ω均为1000hz，脉宽均为50us的微秒脉冲激光钠导引星激光器1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-6，在控制单元11的控制下均以时间间隔δt＝1/6ms次序发出；控制单元11控制发射单元2以不同角度分别发射6束微秒脉冲钠导引星激光，并且分布在海拔90km左右高空的特定位置处，从而在待观测目标3附近的大气电离层产生人造微秒脉冲钠导引星星群4；不同位置的微秒脉冲钠导引星的背向散射光部分经过大气层传输后携带大气扰动信息到达观测望远镜5；所述观测望远镜5，探测并接收待观测目标的信号光和携带大气扰动信息到达地面的微秒脉冲钠导星星群信号；经分光单元7将携带待观测目标信息的信号光与携带大气扰动信息的微秒脉冲钠导引星星群信号分开；n维交叠采样成像单元10对待观测目标信息的光信号进行成像；控制单元11控制波前探测器8-1在微秒脉冲钠导引星激光器1-1发射激光后[600μs，750μs]时间段内探测，并且控制n维交叠数据分析单元9对波前探测单元8-1探测到的波前畸变进行分析，并将分析得到的波前畸变信息传递给波前控制器6-2；波前控制器6-2控制并驱动波前校正器6-1，实现对携带待观测目标信息的光信号的自适应光学校正；同理，控制单元11控制其余微秒脉冲钠导引星激光器1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-6与波前探测器8-1、8-2、8-3、8-4、8-5、8-6，实现对携带目标信息的光信号的自适应光学校正。如图5所示，当n＝6时，若二次重叠，即实现二次采样校正成像，则探测重频可提高2倍，即重频为2ω；若重叠区域经过三次校正，则n维交叠数据分析单元9对该重叠区域进行了三次数据分析，对应n维交叠采样成像单元10则进行了三次成像，即实现三次采样校正成像，则探测重频可提高3倍，即重频为3ω；若四次重叠，实现四次采样校正成像，则探测重频可提高4倍，即重频为4ω；若五次重叠，实现五次采样校正成像，则探测重频可提高5倍，即重频为5ω；若经过六次校正，实现6次采样校正成像，则探测重频可提高6倍，即重频为6ω。由于探测重频的提高，可大大提高对较低层大气扰动的校正重频，从而提高全视场动态校正大气扰动导致的波前畸变的精度，使大型地基望远镜实现全天区、大视场、高分辨、高灵敏成像。

图6为本发明实施例提供的一种利用上述实施例中所述系统的钠导引星星群高重频波前畸变校正方法的流程图，如图6所示，所述方法包括：

s1，所述控制单元11控制所述微秒脉冲钠导引激光器组1和所述发射单元2向大气电离层的特定区域发射多束微秒脉冲激光，并在所述大气电离层的特定区域产生多颗钠导引星，所述多颗钠导引星与所述多个微秒脉冲钠导引激光器一一对应；

s2，所述观测望远镜5接收待处理回光，所述观测望远镜5、所述校正补偿单元6中的波前校正器6-1和所述分光单元7三者沿所述待处理回光的传播方向同轴设置，所述待处理回光包括所述待观测目标的信号光以及所述多颗钠导引星的背向散射光；

s3，所述分光单元7用于将所述待处理回光中的所述待观测目标的信号光以及所述多颗钠导引星的背向散射光分开；

s4，所述控制单元11控制每个波前探测器在对应的微秒脉冲钠导引激光器通过所述发射单元2发射微秒脉冲激光后的预设时间段内，接收对应的钠导引星的背向散射光，并探测所述对应的钠导引星的背向散射光的波前畸变；

s5，所述控制单元11控制所述n维交叠数据分析单元9分析依次每个波前探测器探测到的波前畸变，且每分析得到一个波前畸变信息时，将该波前畸变信息发送至波前控制器6-2；

s6，所述波前控制器6-2在每接收到的一个波前畸变信息后，根据该波前畸变信息控制所述波前校正器6-1对所述待观测目标的信号光进行一次校正；

s7，所述n维交叠采样成像单元10在所述待观测目标的信息光经过校正后，对所述待观测目标的信息光进行成像。

其中，所述大气电离层的特定区域是指待观测目标的信号光传播到观测望远镜过程中，经过的90km-105km左右大气层(近大气层顶端)的附近区域。

所述n维交叠数据分析单元9和所述n维交叠采样成像单元10中n大于等于2。

具体地，对于所述多个微秒脉冲钠导引激光器中的任意一个微秒脉冲钠导引激光器，所述任意一个微秒脉冲钠导引激光器的周期不小于特定值。所述特定值为时刻t2与时刻t0的差值，t0为所述微秒脉冲激光的脉冲前沿离开地面的时刻，t2为所述微秒脉冲激光的脉冲后沿在大气电离层上边缘产生的钠导引星的背向散射光传播至地面的时刻。所述任意激光器的周期不小于特定值t2-t0，可以避免任意激光器中下一周期的激光脉冲的瑞利散射光干扰上一周期的激光脉冲的钠导引星的背向散射光。

所述控制单元11分别与所述微秒脉冲钠导引星激光器组1、所述发射单元2、所述波前探测单元8以及所述n维交叠数据分析单元9电连接，所述控制单元11分别控制所述微秒脉冲钠导引星激光器组1、所述发射单元2、所述波前探测单元8以及所述n维交叠数据分析单元9。其中，所述控制单元11具体用于控制每个波前探测器在对应的微秒脉冲钠导引激光器通过所述发射单元2发射微秒脉冲激光后的预设时间段内，接收对应的钠导引星的背向散射光。通过所述控制单元11控制每个波前探测器在对应的微秒脉冲钠导引激光器通过所述发射单元2发射微秒脉冲激光后的预设时间段内，接收对应的钠导引星的背向散射光，可以避免波前探测器收到同一个脉冲激光的瑞利散射的干扰。

所述多个波前探测器中的波前探测器与所述多个微秒脉冲钠导引激光器中的微秒脉冲钠导引激光器一一对应设置，即每个微秒脉冲钠导引激光器发射的微秒脉冲激光在大气电离层产生的钠导引星的背向散射光，由对应设置的波前探测器接收，并进行波前畸变探测。通过这种一一对应的设置可以避免多颗钠导引星的背向散射光与瑞利散射光之间的串扰。

本发明实施例提供的一种钠导引星星群波前畸变校正方法，通过设置一一对应的多个微秒脉冲钠导引激光器和多个波前探测器，分别对每束微秒脉冲激光产生的钠导引星的背向散射光单独进行处理，再通过在预设时间段内接收钠导引星的背向散射光，来消除瑞利散射光的干扰，提高背向散射光的信噪比，避免多颗钠导引星与多束瑞利散射光柱之间的互相串扰，同时可提高较低层大气的探测重频，进而提高校正精度。

在上述实施例中，所述预设时间段的起始时刻t1，为每束微秒脉冲激光的脉冲前沿在大气电离层下边缘产生的钠导引星的背向散射光传播至地面的时刻；所述预设时间段的结束时刻t2，为所述微秒脉冲激光的脉冲后沿在大气电离层上边缘产生的钠导引星的背向散射光传播至地面的时刻。

具体地，对于由某个微秒脉冲钠导引激光器发射的一束微秒脉冲激光，在时刻t1，对应的波前探测器开启，接收这一束微秒脉冲激光产生的钠导引星的背向散射光，并探测器波形畸变。在时刻t2，对应的波前探测器关闭。对于多个微秒脉冲激光来说，上述过程即为在对应的微秒脉冲激光发射后的预设时间段[t1，t2]内，接收所述对应的微秒脉冲激光产生的钠导引星的背向散射光，并分别探测所述多颗钠导引星的背向散射光的波前畸变。通过控制每个波前探测器在预设时间段[t1，t2]内进行波前探测，可以消除瑞利散射对钠导引星背向散射光的干扰。

在上述实施例中，步骤s1进一步包括：

所述控制单元11控制所述微秒脉冲钠导引星激光器组1中的所述多个微秒脉冲钠导引星激光器和所述发射单元2，以预设时间间隔δt依次向大气电离层的特定区域发射多束微秒脉冲激光，并在所述大气电离层的特定区域产生多颗钠导引星。

具体地，通过控制控制所述微秒脉冲钠导引激光器组中多个微秒脉冲钠导引激光器以时间间隔δt来发射所述微秒脉冲激光，对应的控制所述波前探测器组中的多个波前探测器在对应的时间段内进行探测。在低层大气中，校正区域部分重叠，若发射2束微秒脉冲激光，相当于对该重叠区域进行了两次自适应校正，提高了低层大气的校正重复频率。

在上述实施例中，所述多个微秒脉冲钠导引激光器中任意一个微秒脉冲钠导引激光器的周期t为所述预设时间间隔δt的n倍，其中，n为所述多个微秒脉冲钠导引激光器中微秒脉冲钠导引激光器的数量。

其中，微秒脉冲钠导引激光器组中包含有多个微秒脉冲钠导引激光器，且每个激光器的周期相同，即重复频率相同，脉宽相同。

具体地，n台周期均为t，重复频率均为ω的微秒脉冲激光钠导引星激光器1-1、1-2…1-n，在控制系统11的控制下均以时间间隔δt＝t/n次序发出。控制系统11控制波前探测器8-n在微秒脉冲钠导引星激光器1-n发射激光后的预设时间段[t1，t2]内探测，并且控制n维交叠数据分析单元9对波前探测器8-n探测到的波前畸变进行分析。由于在较低层的大气中，校正的区域部分重叠，若重叠区域经过两次校正，则n维交叠数据分析单元9对该重叠区域进行了两次数据分析，对应n维交叠采样成像单元10则进行了二次成像，即实现二次采样校正成像。则探测重频可提高2倍，即重频为2ω；若重叠区域经过三次校正，则n维交叠数据分析单元9对该重叠区域进行了三次数据分析，对应n维交叠采样成像系统10则进行了三次成像，即实现三次采样校正成像，则探测重频可提高3倍，即重频为3ω；若n次重叠，则n维交叠数据分析单元9对该重叠区域进行了n次数据分析，对应n维交叠采样成像系统10则进行了n次成像，即实现n次采样校正成像，则探测重频可提高n倍，即重频为nω。由于探测重频的提高，可大大提高对较低层大气扰动的校正重频，从而提高全视场动态校正大气扰动导致的波前畸变的精度，使大型地基望远镜实现全天区、大视场、高分辨、高灵敏成像。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。