c，Yc)是光斑质心的坐标，（Gx，GY)为波前平均 斜率，S为子孔径面积；
[0050] 得到子孔径斜率数据后，通过模式复原算法得到各阶Zernike像差的系数，从而在 圆域内直接叠加得到测量波面数据。设输入信号W是加在第j阶Zernike像差系数，由此产 生哈特曼传感器子孔径内的平均波前斜率量为：
[0051]
[0052]
[0053] j = l，2,3,4,5……
[0054] 其中Zj (X，y)为Zerni 1^第j阶函数，t为Zern ike阶数，S为圆域的归一化面积;子孔 径斜率量与Zernike系数成线性关系，均满足叠加原理，所以上式可以写为矩阵的形式：
[0055] G = ZxyA
[0056] Zxy为Zernike像差到哈特曼传感器的斜率相应矩阵，可以计算得到;G为波前相差 斜率测量值，因此可以得到Zernike系数：
[0057] A = Z+xyG
[0058] 其中，幻y为Zxy的广义逆。这样就求出每阶Zernike像差的系数A。待测量的波前Φ (X，y)通过如下表达式得到：
[0059]
[0000]式中Aj为第j项Zernike像差的系数，Zj(x，y)为第j项Zernike多项式。
[〇〇611最终得到自然信标A、自然信标B与人造信标三者的波前复原结果及各阶Zernike 系数;比较自然信标A和人造信标的波前结果得到的是高度非等晕波前误差;比较自然信标 A和自然信标B的波测结果得到的是角度非等晕波前误差；比较自然信标B和人造信标的波 前探测结果得到的是结合了高度和角度的综合波前非等晕误差;从而完成了对大气湍流高 度和角度非等晕波前误差同步测量以及高度和角度非等晕波前误差之间的相关性的测量。
【主权项】
1. 一种对大气湍流高度和角度非等晕波前误差同步测量装置，包括望远镜（1)、缩束模 块(2)、高速倾斜镜(3)、分光镜(4)、低阶哈特曼传感器模块(5);其特征在于:还包括高阶大 视场双哈特曼传感器模块(6)，所述高阶大视场双哈特曼传感器模块(6)由两路独立的第一 高阶大视场哈特曼传感器(7)和第而高阶大视场哈特曼传感器(8)，以及第二分光镜(27)和 反射镜(28)组成;其中，第一高阶大视场哈特曼传感器(7)由第一滤光片（15)、第一匹配透 镜组(16)、第一空间光阑（17)、第一高阶微透镜阵列组(18)、第一(XD相机(19)、第一数据米 集计算机(20)组成;第二高阶大视场哈特曼传感器(8)由第二滤光片(21)、第二匹配透镜组 (22)、第二空间光阑（23)、第二高阶微透镜阵列组(24)、第二C⑶相机(25)、第一数据采集计 算机(26)组成;第二分光镜(27)将由自然信标A和自然信标B组成的双星系统回光反射进入 第一高阶大视场哈特曼传感器(7)，经过第一滤光片（15)滤除人造信标信号，并由第一匹配 透镜组（16)缩束至合适口径，由第一空间光阑（17)滤除其他空间光影响，经过第一高阶微 透镜阵列组（18)后得到光斑子阵列图像由第一CCD相机(19)接收并由第一数据采集计算机 (20)采集;第二分光镜(27)将人造信标回光透射并经反射镜(28)反射进入第二高阶大视场 哈特曼传感器(8)，经过第二滤光片(21)滤除双星系统信号，并由第二匹配透镜组(22)缩束 至合适口径，由第二空间光阑（23)滤除其他空间光影响，经过第二高阶微透镜阵列组(24) 后得到光斑子阵列图像由第二CCD相机(25)接收并由第二数据采集计算机(26)采集;两路 CCD相机（19、25)由信号发生器(9)进行同步触发，并分别通过各自的数据采集计算机(20、 26)记录图像数据。2. 根据权利要求1所述的一种对大气湍流高度和角度非等晕波前误差同步测量装置， 其特征在于:所述低阶哈特曼传感器模块(5)由匹配透镜组（11)、低阶微透镜阵列组（12)、 CCD相机（13)、波前处理计算机（14)组成，经第一分光镜(4)透射的双星系统回光由低阶匹 配透镜组（11)缩束至合适口径，经低阶微透镜阵列组（12)成像后获得的成像光斑子阵列图 像由低阶CCD相机（13)采集，通过波前处理计算机（14)经波前复原计算后提取倾斜分量用 以控制高速倾斜镜(3)。3. -种对大气湍流高度和角度非等晕波前误差同步测量方法，其特征在于实现步骤如 下： (a) 选取角间距在10角秒以内的双星系统，双星系统由自然信标A和自然信标B组成，调 节望远镜（1)光轴至双星系统的中心位置，调节人造信标激光发射望远镜（10)光轴使得人 造信标指向双星系统中的自然信标A位置； (b) 望远镜（1)接收由自然信标A和自然信标B组成的双星系统和人造信标的回光，经缩 束模块(2)后由高速倾斜镜(3)反射到第一分光镜(4)上，一部分能量的回光透射进入低阶 哈特曼传感器模块（5)，另一部分能量的回光反射进入高阶大视场双哈特曼传感器模块 (6)； (c) 透射进入低阶哈特曼传感器模块（5)的回光由低阶匹配透镜组（11)缩束至合适口 径，经低阶微透镜阵列组（12)成像后获得的成像光斑子阵列图像由低阶CCD相机(13)采集， 通过波前处理计算机(14)采集，将所采集双星系统的成像子光斑阵列图像中提取出自然信 标A的子光斑阵列图像，并通过波前复原算法计算得到的波前扰动的倾斜分量，用该倾斜分 量控制尚速倾斜镜(3)，以提尚系统稳定性及减小后端测量误差； (d) 进入高阶大视场双哈特曼模块(6)的回光经第二分光镜(27)反射后将由自然信标A 和自然信标B组成的双星系统回光反射进入第一高阶大视场哈特曼传感器(7)，经过第一滤 光片（15)滤除人造信标信号，并由第一匹配透镜组（16)缩束至合适口径，由第一空间光阑 (17)滤除其他空间光影响，经过第一高阶微透镜阵列组（18)后得到光斑子阵列图像由第一 CCD相机（19)接收并由第一数据采集计算机(20)采集;经第二分光镜(27)透射后将人造信 标回光透射并经反射镜(28)反射进入第二高阶大视场哈特曼传感器(8)，经过第二滤光片 (21)滤除双星系统信号，并由第二匹配透镜组(22)缩束至合适口径，由第二空间光阑（23) 滤除其他空间光影响，经过第二高阶微透镜阵列组(24)后得到光斑子阵列图像由第二CCD 相机(25)接收并由第二数据采集计算机(26)采集;两路CCD相机（19、25)由信号发生器(9) 进行同步触发，并分别通过各自的数据采集计算机(20、26)记录图像数据； (e)所采集到的双星系统的子光斑阵列图像经过提取后分别得到自然信标A与自然信 标B的子光斑阵列图像;通过波前复原算法分别对自然信标A、自然信标B和人造信标三者的 子光斑阵列图像进行复原计算，得到该三者的复原波前结果及各阶Zernike系数，比较自然 信标A和人造信标的波前结果得到的是高度非等晕波前误差；比较自然信标A和自然信标B 的波测结果得到的是角度非等晕波前误差；比较自然信标B和人造信标的波前探测结果得 到的是结合了高度和角度的综合波前非等晕误差;从而完成了对大气湍流高度和角度非等 晕波前误差同步测量以及高度和角度非等晕波前误差之间的相关性的测量。
【专利摘要】本发明提供了一种对大气湍流高度和角度非等晕波前误差同步测量装置及方法，利用高阶大视场双哈特曼传感器模块中两路独立的高阶大视场哈特曼传感器，通过信号发生器进行同步触发并对双星系统和人造信标的成像子光斑阵列图像进行同步采集，并利用高速倾斜镜对人造信标不能探测的波前误差倾斜项进行实时校正；最终通过波前复原算法分别得到双星系统中两自然信标与人造信标之间的复原波前，通过三者之间的复原波前差异计算得到同一时刻的高度和角度非等晕波前误差结果以及高度和角度非等晕波前误差之间的相关性。本发明可适应不同的大气湍流条件下的测量，测量原理简单，对天文望远镜中人造信标自适应光学系统的设计和论证提供了重要的参考意义。
【IPC分类】G01J9/00
【公开号】CN105466576
【申请号】CN201511028343
【发明人】魏凯, 晋凯, 张雨东, 李敏, 江长春, 郑文佳, 周璐春
【申请人】中国科学院光电技术研究所
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年12月31日