月基合成孔径望远镜系统技术方案

本发明专利技术提供一种月基合成孔径望远镜系统，包括N个月基合成孔径望远镜和合成孔径模块，本发明专利技术设计了月基合成孔径望远镜的硬件结构，通过光纤进行所有月基合成孔径望远镜的互联，再通过合成孔径模块将每个月基合成孔径望远镜获得的子孔径的光场信息进行合成，再对合成光束进行处理得到高分辨率图像。本发明专利技术实现了对地月空间以及地球极高轨道的探测，并且能够实现对月尘的隔离以及降落时的缓冲，本发明专利技术的N个月基合成孔径望远镜通过光纤互联可最大程度上利用现有载荷，将子孔径的光子收集与合成孔径在物理上进行隔离。孔径在物理上进行隔离。孔径在物理上进行隔离。

【技术实现步骤摘要】
月基合成孔径望远镜系统


[0001]本专利技术涉及地月系天文观测领域，具体提供一种月基合成孔径望远镜系统。

技术介绍

[0002]根据美国空军研究实验室最近的报告，地球和月球之间的空间区域，即地月空间，被视为下一个前沿。随着月球开发的加快以及火箭运载能力的增加，利用月球大气稀薄，环境极端稳定的优势进行深空以及地月系天文观测的需求日益增加。本专利技术针对未来我国月球科研站的建设，开展大视场高分辨干涉阵列技术研究。与地基光学干涉阵列相比，天基光学干涉阵列由于不受大气湍流影响、环境稳定性好、观测范围广、波段覆盖宽、易于变阵等优点而受到持续关注。目前地基干涉阵列已经取得了一定的进展，在红外波段已实现干涉，而天基干涉阵列正处于技术探索阶段。对于两者结合下的月基干涉阵列还处于研究的空白阶段。
[0003]依托于我国未来所建造的大型国际空间站，光纤互联系统可最大程度上利用现有载荷，进行光子收集与处理，实现其物理上的隔离，利用舱内优良的环控设备，进行高精度的光束合成。同时，与现有的大口径巡天望远镜配合，对广域进行搜索，进一步的精细观察获得潜在宜居行星。
[0004]大口径自由曲面的广泛应用，对实现光学系统紧凑化以及兼顾大视场、高分辨成像具有十分重要的意义，自由曲面加工检测难度大、周期长，对光学加工、装调提出了巨大的挑战，也严重制约了设计指标的实现与设备制造的效率。

技术实现思路

[0005]本专利技术为解决上述问题，提供了一种月基合成孔径望远镜系统，主要设计了月基合成孔径望远镜的硬件结构，通过光纤进行所有月基合成孔径望远镜的互联，再通过合成孔径模块将每个月基合成孔径望远镜获得的子孔径的光场信息进行合成，再对合成光束进行处理得到高分辨率图像。
[0006]本专利技术提供的月基合成孔径望远镜系统，包括：N个月基合成孔径望远镜和合成孔径模块，其中，N为大于1的整数；
[0007]月基合成孔径望远镜包括：保护壳、光学成像元件、光纤和转运机器人，保护壳包裹在光学成像元件外，光学成像元件的成像面后端连接有光纤，光纤的另一端连接在合成孔径模块上，转运机器人固定连接在保护壳的下方；
[0008]保护壳内充入气体，用于打开和保护月基合成孔径望远镜；
[0009]光学成像元件用于光学成像；
[0010]转运机器人用于将月基合成孔径望远镜移动到预设位置，并对准观测目标；
[0011]N个月基合成孔径望远镜进行光纤互联，光纤用于将每个月基合成孔径望远镜的子孔径的光场信息传递到合成孔径模块；
[0012]合成孔径模块通过全息检测获得每个月基合成孔径望远镜的子孔径的光场信息，
并将子孔径的光场信息进行合成。
[0013]优选的，保护壳为球形。
[0014]优选的，光学成像元件包括：可变衍射光栅、透镜组、棱镜和相机。
[0015]优选的，透镜组通过折射方式或反射方式进行光学成像，通过折射方式进行光学成像的透镜组包括改正透镜，通过反射方式进行光学成像的透镜组包括轻量化镜面。
[0016]优选的，棱镜用于分光，将透镜组获得的光束传递给相机和光纤。
[0017]优选的，合成孔径模块将子孔径的光场信息合成为圆形孔径。
[0018]优选的，圆形孔径的光学图像信息的计算公式如下：
[0019]振幅透射比t
A
(ξ,η)：
[0020][0021]其中，N表示子孔径数，ξ和η表示频率坐标，circ表示圆域函数，(ξ
i
,η
i
)表示第i个子孔径的中心坐标，φ
i
表示第i个子孔径的相位偏移，D表示子孔径的口径长度，e表示自然底数是一个常数，j是虚数单位，δ表示脉冲函数，N表示月基合成孔径望远镜的总数；
[0022]光束复振幅分布I
A
：
[0023][0024]其中，λ表示波长，(ρ
i
,δ
i
)表示子孔径阵列的极坐标位置，J1表示第一类贝塞尔函数，θ表示光束的入射角。
[0025]与现有技术相比，本专利技术能够取得如下有益效果：
[0026]1、本专利技术实现了对地月空间以及地球极高轨道的探测，并且能够在月基合成孔径望远镜系统入轨释放并降落的时，保护并打开本专利技术的系统，实现对月尘的隔离以及降落时的缓冲，并且通过转运机器人实现自动协同作业。
[0027]2、本专利技术的光纤互联可最大程度上利用现有载荷，将子孔径的光子收集与合成孔径在物理上进行隔离。
[0028]3、本专利技术与现有的大口径巡天望远镜配合，能够对广域进行搜索，对大视场远距离空间进行精细观察。
[0029]4、本专利技术兼顾大视场与高分辨成像，同时，对月基合成孔径望远镜的硬件结构进行了设计。
附图说明
[0030]图1是根据本专利技术实施例提供的月基合成孔径望远镜的结构图；
[0031]图2是根据本专利技术实施例提供的月基合成孔径望远镜系统的工作示意图；
[0032]图3是根据本专利技术实施例提供的改正透镜的成像示意图；
[0033]图4是根据本专利技术实施例提供的轻量化镜面的结构图。
[0034]其中的附图标记包括：月基合成孔径望远镜1、保护壳11、可变衍射光栅12、透镜组13、改正透镜13'、轻量化镜面13”、切向压电陶瓷片13
‑
1”、棱镜14、相机15、光纤16、光纤接头17、合成孔径模块2、子孔径21、合成孔径22。
具体实施方式
[0035]在下文中，将参考附图描述本专利技术的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
[0036]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，而不构成对本专利技术的限制。
[0037]图1示出了根据本专利技术实施例提供的月基合成孔径望远镜的结构。
[0038]如图1所示，月基合成孔径望远镜1主要包括：保护壳11、可变衍射光栅12、透镜组13、棱镜14、相机15、光纤16、光纤接头17。保护壳11完全包裹在月基合成孔径望远镜1外部，保护壳11的内部可充入气体，当月基合成孔径望远镜1入轨释放并降落的时，由于外部压力降低，因此气体产生膨胀，保护壳11在内部气体作用下，保护并打开月基合成孔径望远镜1。观测目标反射回来的入射光首先进入可变衍射光栅12进行衍射，再经过透镜组13将入射光传递到棱镜14，棱镜14固定在透镜组13的焦点处，将经过衍射的入射光分为两束，一束射入相机15处，另一束入射光射入光纤16内，最终通过光纤接头17传入合成孔径模块2。
[0039]月基合成孔径望远镜1还包括连接在保护壳底部的转运机器人，用于将月基合成孔径望远镜移动到预设位置，并对准观测目标为成像做准备，转运机器人具体结构为常见的机械手结构，机械手的结构和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种月基合成孔径望远镜系统，其特征在于，包括：N个月基合成孔径望远镜和合成孔径模块，其中，N为大于1的整数；所述月基合成孔径望远镜包括：保护壳、光学成像元件、光纤和转运机器人，所述保护壳包裹在所述光学成像元件外，所述光学成像元件的成像面后端连接有所述光纤，所述光纤的另一端连接在所述合成孔径模块上，所述转运机器人固定连接在所述保护壳的下方；所述保护壳内充入气体，用于打开和保护所述月基合成孔径望远镜；所述光学成像元件用于光学成像；所述转运机器人用于将所述月基合成孔径望远镜移动到预设位置，并对准观测目标；N个所述月基合成孔径望远镜进行光纤互联，所述光纤用于将每个所述月基合成孔径望远镜的子孔径的光场信息传递到所述合成孔径模块；所述合成孔径模块通过全息检测获得每个所述月基合成孔径望远镜的子孔径的光场信息，并将子孔径的光场信息进行合成。2.如权利要求1所述的月基合成孔径望远镜系统，其特征在于，所述保护壳为球形。3.如权利要求1所述的月基合成孔径望远镜系统，其特征在于，所述光学成像元件包括：可变衍射光栅、透镜组、棱镜和相机。4.如权利要求3所述的月基合成孔径望远镜系统，其特征在于，所述透镜组通过折射方式或反射方式进行光学成像，通过折射方式进...

【专利技术属性】
技术研发人员：安其昌，刘欣悦，张景旭，李洪文，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：