大口径离轴式空间望远镜全链路像质分析研究

doi:10.16182/j.issn1004731x.joss.21-0582

系统仿真学报 ›› 2022, Vol. 34 ›› Issue (10): 2255-2263.doi: 10.16182/j.issn1004731x.joss.21-0582

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大口径离轴式空间望远镜全链路像质分析研究

班章(), 李晓波(), 杨勋, 姜禹希

中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 130033

收稿日期:2021-07-03 修回日期:2021-11-03 出版日期:2022-10-30 发布日期:2022-10-18
通讯作者: 李晓波 E-mail:banzhang0711@163.com;lixiaobo104@163.com
作者简介:班章(1988-)，男，博士，助理研究员，研究方向为空间光机集成系统全链路仿真分析。E-mail：banzhang0711@163.com
基金资助:
国家重点研发计划(2016YFE0205000)

Analysis and Research on End-to-end Optical Image Quality of Large Aperture Off-axis Space Telescope

Zhang Ban(), Xiaobo Li(), Xun Yang, Yuxi Jiang

Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China

Received:2021-07-03 Revised:2021-11-03 Online:2022-10-30 Published:2022-10-18
Contact: Xiaobo Li E-mail:banzhang0711@163.com;lixiaobo104@163.com

摘要/Abstract

摘要：

针对复杂工况下空间望远镜成像质量难以综合评价的问题，采用了全链路计算方法对在轨工作的望远镜进行分析。将像质退化的因素归结为6项静态误差和2项动态误差。经计算，加载静态误差后光学系统波像差平均下降至0.057 $λ$ ；受静态和动态误差因素的影响，全视场点扩散函数80%能量集中度角分辨率逐步增大。实验结果表明：本文采用的方法可用于分析评估精密温控、稳像控制等技术对空间望远镜像质的影响，同时也是寻找制约望远镜像质优良的关键因素。

关键词: 全链路, 空间望远镜, 光学像质, 点扩散函数

Abstract:

In order to evaluate the image quality of space on orbit telescope under the comprehensive constraints, the chain calculation analysis method is adopted. The main error factors of the optical image quality degradation are divided into six static errors and two dynamic errors. After calculation, the optical system wavefront aberration under the static loading error is reduced to 0.057λ on average. Under the influence of the static and dynamic errors, the 80% energy concentration of point spread function increases gradually. The method can be used to analyze and evaluate the influence of image stabilization control and precise temperature control on the image quality of space telescope,and can identify the key factors that restricting the high image quality of space telescope.

Key words: chain, space telescope, optical image quality, point spread function(PSF)

中图分类号:

TP391

班章, 李晓波, 杨勋, 姜禹希. 大口径离轴式空间望远镜全链路像质分析研究[J]. 系统仿真学报, 2022, 34(10): 2255-2263.

Zhang Ban, Xiaobo Li, Xun Yang, Yuxi Jiang. Analysis and Research on End-to-end Optical Image Quality of Large Aperture Off-axis Space Telescope[J]. Journal of System Simulation, 2022, 34(10): 2255-2263.

图/表 10

图1

图2

图3

表1

图4

图5

表2

各项静态误差引起全视场的波像差和点扩散函数REE 80退化量对比

静态误差项	波前退化量	80%能量集中度退化量/(")
光学设计系统	优于 $λ$ /30	优于0.1
重力变化	0.025 3 $λ$	0.009 5
温度变化	0.023 0 $λ$	0.017 9
安装不平度	0.024 0 $λ$	0.003 5
装调误差	0.013 7 $λ$	0.004 4
加工制造	0.033 6 $λ$	0.022 9

表2

图6

图7

图8

参考文献 16

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光学组件	ΔX/μm			ΔRX/(″)			ΔY/μm			ΔRY/(″)			ΔZ/μm			ΔRZ/(″)
光学组件	温度	重力	装调	温度	重力	装调	温度	重力	装调	温度	重力	装调	温度	重力	装调	温度	重力	装调
M₁	1.90	-21	0.01	-0.06	0.62	0.01	2.63	2.40	0.15	0.10	0.48	0.01	-0.20	0.26	0.06	-0.07	0.34	-0.01
M₂	3.35	-82	-209	-0.55	-2.95	-18.50	-1.75	-0.08	-362	-0.09	-1.08	11.20	-0.15	-1.42	94.63	-0.07	7.02	0.02
M₃	-0.47	-14.6	51.70	-0.03	0.07	-58.90	3.46	0.78	256	-0.08	0.20	37.20	3.09	2.96	19.55	0.24	-1.74	0.16
M₄	-0.50	-171	-0.06	0.03	0.36	187	-1.79	-22.20	-0.28	-0.08	19.10	-101	2.20	18.40	-136	-0.91	7.06	-0.03
像面	0.40	-26.7	0.03	-1.23	-0.39	-0.01	0.33	-4.93	0.05	-0.26	-4.31	0.01	1.44	7.76	0.01	0.17	1.84	0.06

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大口径离轴式空间望远镜全链路像质分析研究

Analysis and Research on End-to-end Optical Image Quality of Large Aperture Off-axis Space Telescope

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