[发明专利]一种适用于白天观测的全波段高分辨力成像光学望远镜

摘要

本发明公开了一种适用于白天观测的全波段高分辨力成像光学望远镜，包括主成像望远镜、粗跟踪系统、复合轴跟踪系统、自适应光学系统和成像系统，其中，粗跟踪系统控制主成像望远镜机架稳定跟踪探测目标，从目标来的光经过主成像望远镜系统后进入复合轴跟踪系统进行低阶倾斜校正，校正后的目标光进入自适应光学系统进行高阶误差校正，高阶误差校正后的目标光进入成像系统进行高分辨力成像，成像系统包括多个不同波段的成像探测器，可实现对目标的全波段高分辨力成像。

主权项

1.一种适用于白天观测的全波段高分辨力成像光学望远镜，其特征在于：包括白天粗跟踪系统(1)、主成像望远镜(2)、复合轴跟踪系统(3)、自适应光学系统(4)和成像系统(5)，其中，白天粗跟踪系统(1)引导主成像望远镜对探测目标实现稳定跟踪；来自目标的光从主成像望远镜(2)进入复合轴跟踪系统(3)进行低阶误差校正，复合轴跟踪系统包括第一倾斜校正器(①)、第二倾斜校正器(④)、白天跟踪误差探测控制系统(③)、一个第一分光镜(②)和多个反射镜，目标光经过复合轴跟踪系统(3)后进入自适应光学系统(4)进行高阶误差校正，自适应光学系统(4)包括第三倾斜校正器(⑤)、变形反射镜(⑥)、一个第二分光镜(⑧)和白天自适应光学探测控制系统(⑦)，经过高阶误差校正后的目标光进入成像系统(5)进行全波段成像；所述的复合轴跟踪系统(3)的第一分光镜(②)采用光谱分光及能量分光的方法对目标光进行分束，第一分光镜(②)只对0.56μm以下波段的光进行反射，且反射率为该波段总能量的40％，反射后的目标光进入白天跟踪误差探测控制系统(③)用于跟踪误差探测，其余目标光透射进入第二倾斜校正器(④)，所述的自适应光学系统(4)的第二分光镜(⑧)采用光谱分光对目标光进行分束，将0.7μm以下的波段反射进入自适应光学探测控制系统(⑦)用于自适应光学波前误差探测，受白天天空背景影响较少的其他波段的目标光透射进入成像系统，实现0.7μm以上的全波段成像；所述的白天跟踪误差探测控制系统(③)包括滤光片和可调式衰减片、跟踪图像传感器、白天跟踪信号处理系统和高压驱动系统，滤光片对进入跟踪误差探测控制系统(③)的目标光进行光谱滤波，将天空背景较强的0.5μm以下波段的光谱滤除；可调式衰减片将目标光衰减，衰减系数由操作人员根据观测目标亮度进行调整，最低为0.3，最高为1，衰减后的目标光进入跟踪图像传感器；跟踪图像传感器将目标光转换为跟踪图像并输出到白天跟踪信号处理系统；白天跟踪信号处理系统计算第一倾斜校正器(①)和第二倾斜校正器(④)的控制电压，高压驱动系统将白天跟踪信号处理系统计算得到的控制电压转换为高电压信号；白天跟踪信号处理系统的计算步骤如下：步骤一：计算跟踪图像中前4个像素最大值及其在跟踪图像中的坐标位置，计算这4个像素中像素最大值与像素最小值在跟踪图像中的位置差；步骤二：对步骤一计算出的位置差进行判断，当如果位置差大于光学系统预设的光斑半径，则说明当前帧跟踪图像内没有出现目标，当前帧跟踪图像丢弃，返回步骤一等待下一帧跟踪图像到来后再次计算位置差，如果位置差小于或等于光学系统预设的光斑半径，则说明当前帧跟踪图像有探测目标，则以步骤一中计算出的像素最大值所在的位置为目标中心位置；步骤三：以步骤二计算出的目标中心位置为中心，以光学系统设计时预设的光斑动态范围+2作为半径，设置一个背景窗口，以步骤二计算出的目标中心位置为中心，以光学系统设计时预设的光斑动态范围作为半径，再设置一个目标窗口，目标窗口被背景窗口包含；步骤四：计算步骤三中背景窗口内不属于目标窗口图像的图像平均像素灰度，并将该平均像素灰度乘以系统预设的背景比例系数后作为天空背景；步骤五：将步骤三得到的目标窗口内图像减去步骤四计算出的天空背景，采用一阶矩质心算法计算目标位置误差；步骤六：将步骤五得到的目标位置误差利用PID控制算法计算第一倾斜校正器和第二倾斜校正器的控制电源，第一倾斜校正器和第二倾斜校正器电压计算时的PID控制算法中的控制参数不同，是由设计人员根据两个倾斜镜的参数事先测量得到。