5、视场光阑16、微透镜阵列17和相机18组成;视场光阑16放置在缩束系统14的焦点位置，斩波系统15放置在缩束系统14的焦点附近，相机18放置在微透镜阵列17的焦点位置；
[0028]500Hz脉冲激光器26发射出激光，经过反射镜25和倾斜镜24，进入次镜22和主镜21，经过调焦系统23发射到大气层指定高度，形成激光信标;在望远镜天顶角90°时，信标高度为80km_105km，在望远镜天顶角30°时，信标高度为150km_210km;
[0029]目标星光和激光信标光通过大气层向下传输，进入接收望远镜I，经过准直透镜2准直后，依次通过一级倾斜镜3和变形镜4，在分光镜5进行光谱分光，其中目标光的部分光谱光透射进入目标星波前探测器28，剩余的目标光光谱光和激光信标光经过分光镜5反射，缩束系统6缩束，以及二级倾斜镜7反射后，在分光镜8进行光谱分光，目标光的部分光谱光透射进入目标星高精跟踪传感器29，其他的光谱经分光镜8反射后，在分光镜9进行光谱分光，目标光的剩余光谱透射进入成像探测器31，激光信标光谱反射进入激光导引星波前探测器30;
[0030]由激光信标波前探测器30探测的倾斜像差信号控制发射系统中的倾斜镜24，减小导星的抖动误差;同时控制发射系统中的调焦系统23，使导引星的光斑尺寸最小；
[0031]目标星波前探测器28中的多子孔径10如图2所示，为3X3微透镜阵列，可以实现对目标光的倾斜像差、离焦高频像差和低频像差的探测；其探测的倾斜信号用于控制一级倾斜镜3，离焦高频像差用于控制变形镜4，低频像差用于控制接收望远镜次镜32;
[0032]对于500Hz脉冲激光器，激光信标波前探测器30中的斩波系统15设计如图3所示，黑色叶片代表挡光，时间Ims，白色部分代表通光，时间Ims;以黑白交接处作为零点，从黑色叶片开始，以信标高度80km对应的时间466us作为起始位置，然后由脉冲激光器26外触发控制斩波系统15进行工作，其控制时序图如图4所示，黑色叶片从起始位置开始运行534us后，可将80km以下的瑞利散射全部挡掉，然后白色通光部分可通过534us到1500US的信标光，对应望远镜天顶角30°时，210km的信标高度;然后再次进入黑色叶片部分，没有光通过，总时长2ms之后进入下一个脉冲周期；由此可以同时满足望远镜从天顶角90°到天顶角30°变化时，探测到信标信号，并且消除瑞利散射对波前探测的影响；
[0033]消除瑞利散射之后的激光信标波前探测器30，可以探测信标光的倾斜和高阶高频像差;其探测的信标倾斜信号，用于控制发射系统中的倾斜镜24;探测的信标光高阶高频像差信号，用于控制变形镜4;
[0034]分别利用目标星和激光信标对大气湍流像差的分类探测和校正后，最终可以完成对暗弱目标的高分辨率成像。
【主权项】
1.一种基于脉冲激光的信标自适应光学系统，包括:脉冲激光发射系统(27)、接收望远镜(I)、目标星高精跟踪传感器(29)、成像探测器(31)、变形镜(4)、目标星波前探测器(28)、激光信标波前探测器(30)、一级倾斜镜(3)和二级倾斜镜(7)，其特征在于: 激光信标和目标星的光能量同时被接收望远镜(I)接收，经过准直透镜(2)准直后，依次通过一级倾斜镜(3)和变形镜(4)，在分光镜(5)进行光谱分光，其中目标光的部分光谱光透射进入目标星波前探测器(28)，剩余的目标光光谱光和激光信标光经过分光镜(5)反射，缩束系统(6)缩束，以及二级倾斜镜(7)反射后，在分光镜(8)进行光谱分光，目标光的部分光谱光透射进入目标星高精跟踪传感器(29)，其他的光谱经分光镜(8)反射后，在分光镜(9)进行光谱分光，目标光的剩余光谱透射进入成像探测器(31)，激光信标光谱反射进入激光信标波前探测器(30); 系统中的目标星波前探测器(28)和激光信标波前探测器(30)两路波前探测器，分别实现对不同目标和不同像差的探测；利用目标星波前探测器(28)探测目标光得到低阶像差，控制接收望远镜(I)中的次镜(32)校正低阶低频像差;利用目标星波前探测器(28)探测目标光得到低阶像差，同步利用激光信标波前探测器(30)探测信标光得到高阶像差，同时控制变形镜(4)校正低阶高频像差以及高阶像差，最终解决单独由激光信标波前探测引入的非等晕误差问题，实现激光信标模式下对大气湍流像差的探测和校正;利用目标星波前探测器(28)探测目标光，得到低频倾斜像差，控制一级倾斜镜(3)，实现大动态范围倾斜像差控制；利用目标星高精跟踪传感器(29)探测目标光，得到高频倾斜像差，控制二级倾斜镜(7)，实现高精度倾斜像差控制;利用激光信标波前探测器(30)探测信标光，得到倾斜像差，控制脉冲激光发射系统(27)中的倾斜镜(24)，克服发射光路由于激光上行光路大气湍流抖动、发射机架振动等因素引入的导星抖动误差问题。2.根据权利要求1所述的一种基于脉冲激光的信标自适应光学系统，其特征在于:所述脉冲激光发射系统(27)包括脉冲激光器(26)、反射镜(25)、倾斜镜(24)、次镜(22)、调焦系统(23)和主镜(21);调焦系统(23)，是改变次镜(22)和主镜(21)之间轴向间距的调整机构，实现激光在大气层不同高度的聚焦;经脉冲激光器(26)发出的脉冲激光，依次经过发射镜(25),倾斜镜(24)、次镜(22)和主镜(21)，发射到一定高度的大气层中，产生激光信标。3.根据权利要求1所述的一种基于脉冲激光的信标自适应光学系统，其特征在于:所述目标星波前探测器(28)由多子孔径(10)和相机(11)组成;相机(11)放置在多子孔径(10)的焦点位置，目标光经过多子孔径(10)在相机(11)上形成多个像点，依据每个像点相对标定位置的偏移量，计算出倾斜像差和离焦、象散等低阶像差。4.根据权利要求1所述的一种基于脉冲激光的信标自适应光学系统，其特征在于:所述目标星高精跟踪传感器(29)由成像系统(12)和探测器(13)组成;探测器(13)放置在成像系统(12)的焦点位置，目标光经过成像系统(12)在探测器(13)上成像，依据像点相对标定位置的偏移量，计算出倾斜像差。5.根据权利要求1所述的一种基于脉冲激光的信标自适应光学系统，其特征在于:所述成像探测器(31)由成像系统(19)和相机(20)组成，实现对目标星的高分辨率成像。6.根据权利要求1所述的一种基于脉冲激光的信标自适应光学系统，其特征在于:所述激光信标波前探测器(30)由缩束系统(14)、斩波系统(15)、视场光阑(16)、微透镜阵列(17)和相机(18)组成;视场光阑(16)放置在缩束系统(14)的焦点位置，斩波系统(15)放置在缩束系统(14)的焦点附近，相机(18)放置在微透镜阵列(17)的焦点位置;信标光经过缩束系统(14)缩束后，经过微透镜阵列(17)，在相机(18)上形成像点阵列；依据阵列像点相对标定位置的偏移量，计算出倾斜像差和高阶像差;斩波系统(15)是一个时间选通控制器，由脉冲激光给出外触发信号，对选通时间起始位置和选通时间长度进行选择，可有效消除望远镜不同高角的瑞利散射对波前探测的影响。7.根据权利要求3所述的一种基于脉冲激光的信标自适应光学系统，其特征在于:所述多子孔径(10)是一种2 X 2微透镜阵列，或者3 X 3微透镜阵列，或者4 X 4微透镜阵列。
【专利摘要】本发明涉及一种基于脉冲激光的信标自适应光学系统，包括激光信标发射子系统、接收望远镜、目标星波前探测器、激光信标波前探测器、目标星高精跟踪传感器、成像探测器、倾斜控制系统、高阶像差控制系统等；系统采用两级倾斜控制系统，实现大动态范围和高精度倾斜像差控制；采用两级变形控制系统，实现对低频像差和高频像差的分开探测和控制；本发明利用两套波前探测器，探测出不同信号光提供的倾斜、低阶和高阶像差信号，可解决单独由激光信标波前探测引入的非等晕误差问题，以及克服导星抖动误差问题；同时针对脉冲激光的特点，采用外触发斩波技术，可有效消除望远镜不同高角的瑞利散射对波前探测的影响，实现利用激光信标对波前误差不间断探测。
【IPC分类】G01S17/89
【公开号】CN105607074
【申请号】CN201511033016
【发明人】李敏, 魏凯, 江长春, 马晓燠, 魏凌, 郑文佳, 周璐春, 晋凯, 张雨东
【申请人】中国科学院光电技术研究所
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2015年12月31日