一种基于脉冲激光的信标自适应光学系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于脉冲激光的信标自适应光学系统，用于对暗弱目标的高分辨率成像，尤其涉及一种针对激光信标特性的自适应光学系统。
【背景技术】
[0002]自适应光学是一种对动态像差进行实时探测和校正的技术。自适应光学技术最早应用在天文观测领域，利用所观测的目标自身所反射的太阳光作为信标进行波前误差探测，实现对各种星体目标的高分辨率成像。为了实现对暗弱目标的高分辨力成像识别，必须采用基于激光导引星的自适应光学技术。对于传统自适应光学技术，主要利用波前传感器直接对目标星进行探测，同时获取倾斜、离焦和高阶像差信息，并利用一级倾斜镜和变形镜进行像差校正控制。但是一级倾斜镜，不能同时实现大动态范围和高精度的校正控制，同时由于大气湍流是一种复杂的像差分布，同时存在低阶和高阶像差，以及低频和高频像差，因此要实现对大气湍流像差的更好校正，需要采用分类控制的方法。
[0003]另外，由于激光信标是人为激光在目标光附近产生的亮目标，因此存在以下几个问题:(I)激光信标的稳定性和大小问题，这决定了波前探测的准确度和精度；(2)由于激光信标的高度小于目标星的高度，同时还存在角度偏差，由此会引入聚焦非等晕和角度非等晕误差；(3)激光信标经过上行和下行传输后，不能实现对大气湍流的倾斜像差探测；(4)激光在传输过程中，会产生较强的瑞利后向散射，对波前探测产生极大的背景噪声；(5)在望远镜跟踪目标星的过程中，会不断改变望远镜高角，从而使激光信标的距离以及瑞利散射的高度发生变化，导致激光信标的大小发生变化。
[0004]因此，需要针对激光信标的特性，发明一种基于激光信标的自适应光学系统。
【发明内容】
[0005]本发明解决的技术问题是:解决发射激光信标，以及利用激光信标对大气湍流进行探测和校正的技术问题，提供一种针对脉冲激光的信标自适应光学系统，实现对暗弱目标的高分辨成像。
[0006]本发明的技术解决方案是: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1、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;
[0007]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;
[0008]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；
[0009]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;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；
[0010]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；
[0011]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；
[0012]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。
[0013]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；
[0014]所述的多子孔径10是一种2X 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。
[0015]本发明的原理:根据脉冲激光信标和大气湍流像差的特点，设计自适应光学系统；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;系统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。
[0016]本发明与现有技术相比具有如下优点:
[0017](I)实现大动态范围和高精度倾斜像差控制；
[0018](2)实现对大气湍流像差分类控制；
[0019](3)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冋题；
[0020](4)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。
【附图说明】
[0021]图1为本发明中基于脉冲激光的信标自适应光学系统示意图；
[0022]图中:I接收望远镜、2准直透镜、3—级倾斜镜、4变形镜、5分光镜、6缩束系统、7二级倾斜镜、8分光镜、9分光镜、10多子孔径、11相机、12成像透镜、13探测器、14缩束系统、15斩波系统、16视场光阑、17微透镜阵列、18相机、19成像透镜、20相机、21主镜、22次镜、23调焦系统、24倾斜镜、25反射镜、26激光器、27脉冲激光发射系统、28目标星波前探测器、29目标星高精跟踪传感器、30激光信标波前探测器、31成像探测器、32接收望远镜次镜
[0023]图2为3X 3微透镜阵列示意图；
[0024]图3为针对500Hz脉冲激光器，斩波系统示意图；
[0025]图4为针对500Hz脉冲激光器，对望远镜不同高角，斩波时序图。
【具体实施方式】
[0026]如图1所示，本发明包括脉冲激光发射系统27、接收望远镜1、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;
[0027]其中脉冲激光发射系统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;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;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;激光信标波前探测器30由缩束系统14、斩波系统1