空间望远镜点源杂散光确定方法、光学设备及介质

1.本发明涉及光学领域，特别涉及一种空间望远镜点源杂散光确定方法、光学设备及介质。


背景技术：

2.杂散光是影响目标探测能力的重要因素之一。空间望远镜观测期间的杂散光水平不仅与自身的杂光抑制能力相关，也和在轨运行的工况密切相关。因此，杂散光约束条件也是影响任务规划和运行编排的重要因素之一。
3.在某空间望远镜的主光机研制任务书中，将杂光抑制能力作为一项重要指标加以约定，为了评价这一指标，必须对杂散光的水平进行较为精确的计算。
4.目前对杂散光的计算主要是通过对空间望远镜进行光学设计建模，再通过光线追迹法进行仿真计算，可以得到比较精确的结果。目前光线追迹法虽然结果精确，但计算速度往往过于缓慢，在空间望远镜的观测期间，是远不能满足实时计算需要的，目前急需一种解决方案。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明实施例中提供一种空间望远镜点源杂散光确定方法。
6.第一方面，本发明提供一种空间望远镜点源杂散光确定方法，包括：
7.利用光线追迹法确定空间望远镜的点源透射比；
8.获取观测时刻值，根据星表确定目标亮星的位置和星等，所述目标亮星至少包括太阳、月亮、金星和火星；
9.根据地球到太阳的第一向量夹角以及地球到月亮的第二向量夹角确定月相；
10.利用所述空间望远镜的所处位置、观测方向、太阳位置并根据望远镜自身结构，建立空间望远镜本体几何坐标系，空间望远镜的观测方向为x轴，y轴与x轴垂直，两轴共同决定所述空间望远镜的姿态数据；
11.确定所述观测方向与所述目标亮星的夹角数据计算方位角数据，并根据所述目标亮星的照度数据和所述点源透射比确定所述空间望远镜的杂散光数据。
12.作为一种可选的方案，还包括：
13.以月地连线和日地连线在黄道面内的夹角作为计算月相的条件，满月情况下，该夹角近似为180
°
，非满月情况下，夹角与180
°
的比值就等价于该情况下月光辐射出射度与满月辐射出射度的比值。
14.作为一种可选的方案，还包括：
15.根据地心赤道坐标系表示所述目标亮星的天体的位置、地表区域位置、空间望远镜轨道位置以及望远镜指向。
16.作为一种可选的方案，还包括：
17.所述目标亮星的历表用stk9.0软件导出，输入儒略时间并根据星表进行插值，计
算得出所述目标亮星的位置。
18.作为一种可选的方案，所述确定所述观测方向与所述目标亮星的夹角数据计算方位角数据，根据所述目标亮星的照度数据和所述点源透射比确定所述空间望远镜的杂散光数据，包括：
19.计算观测方向与各所述目标亮星位置的夹角和方位角，利用所述目标亮星照度与所述点源透射比相乘，再逐个累加，计算出所述空间望远镜在任一时刻、任一位置、观测任一方向时的杂散光数据。
20.第二方面，本发明实施例中提供一种光学设备，包括：
21.至少一个处理器；以及
22.与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
23.所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述的空间望远镜点源杂散光确定方法。
24.第三方面，本发明实施例中提供一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述的空间望远镜点源杂散光确定方法。
25.本发明提供的一种空间望远镜点源杂散光计算方法、光学设备及介质，利用光线追迹法确定空间望远镜的点源透射比；获取观测时刻值，根据星表确定目标亮星的位置和星等，根据地球到太阳的第一向量夹角以及地球到月亮的第二向量夹角确定月相；利用空间望远镜的所处位置、观测方向、太阳位置并根据望远镜自身结构设计，建立望远镜本体几何坐标系，望远镜的观测方向为x轴，y轴与x轴垂直，两轴共同决定所述空间望远镜的姿态数据；确定所述观测方向与所述目标亮星的夹角数据计算方位角数据，并根据目标亮星的照度数据和点源透射比确定所述空间望远镜的杂散光数据，可以快速得到点源杂散光的照度值，为空间望远镜的任务编排和像质估计做出贡献。
附图说明
26.图1为本发明实施例中提供一种空间望远镜点源杂散光确定方法的流程图；
27.图2为本发明实施例中提供一种空间望远镜点源杂散光确定方法中光源夹角与方位角计算示意图；
28.图3为本发明实施例中提供一种空间望远镜点源杂散光确定方法中地球对杂光光源的遮挡示意图；
29.图4为本发明实施例中提供一种光学设备的结构框图。
具体实施方式
30.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
31.本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第
四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
32.结合图1所示，本发明实施例中提供一种空间望远镜点源杂散光确定方法，包括：
33.s101、利用光线追迹法确定空间望远镜的点源透射比。
34.s102、获取观测时刻值，根据星表确定目标亮星的位置和星等，所述目标亮星至少包括太阳、月亮、金星和火星。
35.s103、根据地球到太阳的第一向量夹角以及地球到月亮的第二向量夹角确定月相。
36.s104、利用所述空间望远镜的所处位置、观测方向、太阳位置并根据望远镜自身结构，建立空间望远镜本体几何坐标系，空间望远镜的观测方向为x轴，y轴与x轴垂直，两轴共同决定所述空间望远镜的姿态数据。
37.s105、确定所述观测方向与所述目标亮星的夹角数据计算方位角数据，并根据所述目标亮星的照度数据和所述点源透射比确定所述空间望远镜的杂散光数据。
38.在一些实施例中，s105可以包括：
39.计算观测方向与各所述目标亮星位置的夹角和方位角，利用所述目标亮星照度与所述点源透射比相乘，再逐个累加，计算出所述空间望远镜在任一时刻、任一位置、观测任一方向时的杂散光数据。
40.光学系统杂散光抑制能力可以采用点源透射比(point source transmittance，pst)作为评价指标，其定义为，视场外与光轴成θ角的光源，在像面产生的辐照度与垂直于该点源的输入孔径上的辐照度的比值。pst是一个只与望远镜技术状态有关、与光源无关的参量。在我们的空间望远镜中，我们将入光口平面(即遮光罩端面)定义为输入孔径。由于我们的空间望远镜是非对称型结构，因此pst不仅与光源和光轴夹角θ有关，也与光源的方位角有关，是一个二维函数。这里定义光源夹角为光源与设施本体几何坐标系x轴的夹角，光源方位角定义为光源在设施本体几何坐标系y-z平面的投影与y轴的夹角，如图1所示。用光线追迹法仿真测出空间望远镜的pst，以备后续使用。
41.目标亮星至少包括太阳、月亮、金星和火星，还包括其他恒星，太阳、月球、金星、火星和其他恒星等天体的位置，地表区域位置，望远镜轨道位置，望远镜指向，则采用地心赤道坐标系表示。将点源分为两类，太阳、月球和大行星在不同时刻的位置是变化的，而恒星的相对位置则可以认为保持不变。
42.太阳、月球、金星、火星的历表用stk9.0软件导出，输入儒略时间并根据星表进行插值，计算得出目标亮星的位置。
43.恒星的相对位置不随着时间改变，因此采用星表数据即可直接得到光源矢量。本发明中采用sao星表(smithsonian astrophysical observatory star catalog)，该星表给出了约13等以上的恒星在j2000赤道坐标系当中的ra和dec，其中ra表示赤经，dec表示赤纬。本方案在导入时进行了一定的改造和删减：
44.1)将原星表中的ra和dec转换为相应的坐标值，矢量模取1；
45.2)将原星表中的星等转换为照度值；
46.3)只保留了星表中星等6以上的恒星，更加暗弱的恒星虽然数量多，但是由于其照度较小，在视场外对于杂光总量的贡献也较小，因此忽略。
47.在一些实施例中，根据输入的光轴矢量方向(即本体几何坐标系的x轴方向)和上段中计算的光源矢量方向，计算两个向量之间的夹角θ。得到θ后，计算光源矢量在设施本体几何坐标系y-z平面的投影向量与y轴矢量的夹角即为投影向量可以表示为如图2所示。
48.在一些实施例中，月光的强度会随着月相的变化而产生显著的变化，本发明以月地连线和日地连线在黄道面内的夹角作为计算月相的条件。满月情况下，该夹角近似为180
°
。非满月情况下，夹角与180
°
的比值就等价于该情况下月光辐射出射度与满月辐射出射度的比值。
49.结合图3所示，在一些实施例中，得到光源位置后，还需要判定该光源是否受到了地球本体的遮挡，地球相对于望远镜的张角达到了φ140
°
左右，地球本体产生遮挡需要满足两个条件：1)光源矢量与望远镜轨道位置矢量(即地心与望远镜位置的连线所构成的矢量)的夹角z＞90
°
；2)地心到以望远镜轨道位置为原点、光源矢量为方向的直线的距离，小于地球半径re。
50.最后，将所有目标亮星形成的点源的杂散光贡献累加到一起，起，即可计算得出空间望远镜在某时刻、某位置、观测某方向时的杂散光水平。
51.本发明提供的一种空间望远镜点源杂散光计算方法，利用光线追迹法确定空间望远镜的点源透射比；获取观测时刻值，根据星表确定目标亮星的位置和星等，根据地球到太阳的第一向量夹角以及地球到月亮的第二向量夹角确定月相；利用所述空间望远镜的所处位置、观测方向、太阳位置并根据望远镜自身结构，建立空间望远镜本体几何坐标系，空间望远镜的观测方向为x轴，y轴与x轴垂直，两轴共同决定所述空间望远镜的姿态数据；确定所述观测方向与所述目标亮星的夹角数据计算方位角数据，并根据所述目标亮星的照度数据和所述点源透射比确定所述空间望远镜的杂散光数据。针对点源杂散光建立了数学模型，通过星表得到这些亮星的所处位置和星等后，即可在一两秒钟内得到点源杂散光的照度值，从而为空间望远镜的任务编排和像质估计做出贡献。
52.相应地，根据本发明的实施例，本发明还提供了一种光学设备、一种可读存储介质和一种计算机程序产品。
53.图4为本发明实施例中提供的一种光学设备12的结构示意图。图4示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性光学设备12的框图。图4显示的光学设备12仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
54.如图4所示，光学设备12以通用计算设备的形式表现。光学设备12旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式
服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。
55.光学设备12的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元16，系统存储器28，连接不同系统组件(包括系统存储器28和处理单元16)的总线18。
56.总线18表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(isa)总线，微通道体系结构(mac)总线，增强型isa总线、视频电子标准协会(vesa)局域总线以及外围组件互连(pci)总线。
57.光学设备12典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被光学设备12访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。
58.系统存储器28可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(ram)30和/或高速缓存存储器32。光学设备12可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统34可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图4未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图4中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如cd-rom、dvd-rom或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线18相连。存储器28可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。
59.具有一组(至少一个)程序模块42的程序/实用工具40，可以存储在例如存储器28中，这样的程序模块42包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块42通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。
60.光学设备12也可以与一个或多个外部设备14(例如键盘、指向设备、显示器24等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该光学设备12交互的设备通信，和/或与使得该光学设备12能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(i/o)接口22进行。并且，光学设备12还可以通过网络适配器20与一个或者多个网络(例如局域网(lan)，广域网(wan)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器20通过总线18与光学设备12的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合光学设备12使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、raid系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
61.处理单元16通过运行存储在系统存储器28中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明实施例所提供的空间望远镜点源杂散光确定方法。
62.本发明实施例中还提供一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中，该程序被处理器执行时本技术所有发明实施例提供的空间望远镜点源杂散光确定方法。
63.本发明实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
64.计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
65.计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言诸如java、smalltalk、c++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络包括局域网(lan)或广域网(wan)连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
66.本发明实施例还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现根据上述的空间望远镜点源杂散光确定方法。
67.应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
68.上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。