拼接式反射镜检测技术研究

论文摘要

随着对光学遥感卫星地元分辨率和空间天文望远镜探测能力的要求逐步提高，空间光学望远镜的外形尺寸变得越来越大。运载火箭的整流罩尺寸限制了空间望远镜的外形大小。而由多子镜拼接主镜构建的空间可展开望远镜解决了特大口径空间光学望远镜的发射难题，是实现特大口径望远镜的有效手段和发展方向。由于拼接式反射镜在轨展开后和运行中各子镜间存在相互错位，破坏了整个镜面的连续性，难以保证成像质量。因此，对拼接式反射镜进行波前检测，确保各子镜间共焦和共相是拼接式主镜光学系统的关键技术之一。本文围绕拼接式反射镜的检测技术展开了研究，设计了一个口径2.4米，焦距48米，视场为0.3°×0.06°的三反消像散系统，主镜由七块子镜拼接，并进行了公差分析，为装调提供了依据；基于傅里叶光学对拼接式反射镜的子镜位置误差进行分析，通过解析式表达和数值方法模拟，分析了拼接式反射镜在子镜间存在活塞误差和倾斜误差下的成像性能，对拼接式反射镜的检测具有重要的意义；提出了基于差分泽尼克相位传感器的定相技术，分析表明该技术具有较高的定相精度，采用逐步迭代校正能更进一步提高定相精度，理想情况下可完全消除子镜间的相位误差。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 拼接式反射镜光学系统国内外发展现状及分析
• 1.2.2 拼接式反射镜检测技术国内外发展现状及分析
• 1.3 论文的主要研究内容
• 第二章 大口径拼接式主镜光学系统设计及成像分析
• 2.1 大口径拼接主镜光学系统设计
• 2.1.1 光学系统初始结构求解与分析
• 2.1.2 拼接子镜的公差分析
• 2.2 拼接式反射镜系统的成像模拟
• 2.2.1 光学系统的成像原理
• 2.2.2 成像模拟的计算机仿真
• 2.3 拼接式反射镜的衍射效应
• 2.3.1 一般解析表达式
• 2.3.2 理想望远镜
• 2.3.3 高级峰点的分级
• 2.4 本章结论
• 第三章 拼接式反射镜的误差分析
• 3.1 活塞误差和倾斜误差引起的衍射效应
• 3.1.1 活塞误差的衍射效应
• 3.1.2 倾斜误差引起的衍射效应
• 3.1.3 计算机仿真结果
• 3.2 间隙的衍射效应
• 3.2.1 点扩散函数和斯特列而比
• 3.2.2 高级峰
• 3.2.3 计算机仿真结果
• 3.3 子镜边缘失配的衍射效应
• 3.3.1 点扩散函数
• 3.3.2 斯特列尔比
• 3.3.3 高级峰的相对能量
• 3.3.4 仿真结果
• 3.4 其他误差的点扩散函数仿真
• 3.5 本章总结
• 第四章 拼接式反射镜的定相技术
• 4.1 检测流程
• 4.2 曲率传感器
• 4.3 角锥波前传感器
• 4.4 马赫-泽德传感器
• 4.5 子镜定相的泽尼克装置
• 4.6 本章结论
• 第五章 基于差分泽尼克相位传感器的定相技术
• 5.1 ZEUS 的结构模型
• 5.2 差分滤波器和 ZEUS
• 5.3 有限尺寸孔径下的强度分布
• 5.4 多处存在相位误差的 PtP 值
• 5.5 存在两处误差的 PtP 值
• 5.6 多级校正
• 5.7 本章结论
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 硕士期间发表文章目录
• 致谢