稀疏孔径成像系统的设计与实现

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1、稀疏孔径成像系统的设计与实现Soon-JoChung*,DavidW.Miller**,OlivierL.deWeek***空间系统实验室，麻省理工学院，马萨诸塞州，02139,美国摘要为了更好地了解在设计和建设稀疏孔径阵列中遇到的技术困难，进行了建设白光Golay-3望远镜的挑战项目。麻省理工学院自适应侦察Golay-3光学卫星(AdaptiveReconnaissanceGolay-3OpticalSatellite,ARGOS)项目利用广角斐索干涉仪技术重点是将光学和航天器子系统模块化。开发出了独特的设计程序包括相干波前传感的性质，控制和结合其它各种系统工程的多个方面，以实现成本效益。

2、为了演示一个完整的航天器在l・g的环境中的运行情况，ARGOS系统被安装在一个无摩擦的气浮轴承上，并具有能够跟踪像国际空间站或行星这类快速轨道卫星的能力。利用波前传感技术减少初始偏差，并反馈实时畸变到光控制环路。本文介绍了ARGOS系统在构想、设计和实施阶段的得出的不用结果和经验。初步评估报告表明光束组合是稀疏光学阵列中最具挑战性的问题。由于公差紧束的原因，进行光学控制是最重要的。波前传感/控制要求似乎是一种主要的技术和成本动因。关键词：稀疏孔径；多孔径光学系统；斐索干涉仪；相控阵望远镜1简介在天文学中要求更大的细角分辨率就必须要增大望远镜的口径。但是，空间望远镜的主镜口径受到体积、运载火箭

3、的最大承受重量以及制造成本的限制⑴。因为单个镜片的制造成本随着面积的增大而飞速上升，比如像哈勃空间望远镜就已经处于经济上可行的极限，我们正采用像分段镜望远镜和干涉稀疏孔径光学系统这些突破性的技术来努力打破这一趋势。而长基线恒星迈克尔逊干涉仪从一个独立的收集器中提供光源进行光束合成，在一段时间后获得干涉条纹，斐索干涉仪能产生具有完全即时U・V覆盖的直接图像。因此，斐索干涉仪是适合于扩展对象的光学成像和快速变化的0标。与迈克尔逊干涉仪的长基线相对比，斐索干涉测量系统往往具有紧凑的望远镜阵列。专为稀疏阵列设计的最佳成像配置是由Goby首次提岀的【2］。稀疏阵列是一个有前途的应用，他不需要极其高的灵

4、敏度(存在亮光源)，允许是一个相对受到限制的视场(field-of-view,FOV)卩⑸。在相控阵望远镜领域内的一个著名的项目就是美国空军研究实验室(AirForceResearchLaboratory,AFRL)的多用途多个望远镜测试平台(MultipurposeMultipleTelescopeTested,MMTT)⑹。MMTT是由4个直径20cm的望远镜按视场(FOV)为15弧分分阶段组合在一起的。该MMTT采用了一个复杂的激光测量干涉仪来检测波前误差(wavefronterror,WFE)o由洛克希德•马丁公司建造的多孔径成像阵列用来描述相位分集计算技术称为WFE传感。该稀疏阵列

5、由无焦望远镜按“V型排列而成，并被组合到一个具有共同焦点在斐索干涉仪上。在实验室中通过对扩展的图像投影第一次得到了宽频带多望远镜成像阵列分阶段进行的视场屮的一个显著场。为开发下一代太空望远镜(NextGenerationSpaceTelescope,NGST)⑻，目前人们已经对波前传感和控制开展了广泛的研究。为了更好地了解在设计和建设稀疏孔径阵列中遇到的技术困难，进行了建设白光Golay-3望远镜的挑战项目。麻省理工学院自适应侦察Golay-3光学卫星(ARGOS)项Fl利用广角斐索干涉仪技术重点是将光学和航天器子系统模块化。自适应侦察Golay-3光学卫星(ARGOS)项目的目标是展示一个

6、以空间为基础的光学系统模块化的架构的实用性。AngularResolution:0.35arcsecatvisibleFieldofView:3arcminACSPcinting.Vcuiacv:+/•1aicmiuSignal-to-NoheRatio(Sciencelinage):100AutonomousOperation:1continuoushourFIG2:TbefinalARGOSsystemwiththethreeACSsenwnsbouuintbebottomFIG1:CherneuofARGOS图1突岀了主要功能和观察的目标物体。为了演示一个完整的航天器在1-g的环境中的

7、运行情况，ARGOS系统被安装在一个无摩擦的气浮轴承上，并具有能够跟踪像国际空间站或星点这类快速轨道卫星的能力。模块化的架构设计突出了复制组件和快速接头的重要性。该系统是由分布在Golay-3上三个相同的口径组成的。从这些子望远镜中收集到的光被结合在一个中心模块中，然后被传送到电荷耦合器件（CCD）o波前传感技术被用来减少初始误差，以及反馈实时畸变到光控制环路。我们的目标是获得和使用单个孔径单片望远镜接收到的