技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明具體涉及一種復(fù)合角錐棱鏡，用于為對(duì)地觀測(cè)大口徑合成孔徑空間望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的拼接鏡共面檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建自準(zhǔn)直光路。

背景技術(shù)：
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在對(duì)地觀測(cè)大口徑空間望遠(yuǎn)鏡實(shí)際應(yīng)用中，由于運(yùn)載火箭整流罩尺寸的限制以及單一整鏡加工能力的限制，大口徑空間望遠(yuǎn)鏡只能通過子鏡拼接的方式合成，然后在軌展開，因此需要對(duì)合成孔徑空間望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的拼接鏡進(jìn)行在軌共面檢測(cè)。

通常空間望遠(yuǎn)鏡成像系統(tǒng)的檢測(cè)目標(biāo)選擇來自于太空中無窮遠(yuǎn)的星點(diǎn)或者通過選擇地球表面目標(biāo)產(chǎn)生或反射的光信號(hào)為系統(tǒng)提供檢測(cè)光源，此時(shí)由于光源與對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)相距較遠(yuǎn)，可認(rèn)為檢測(cè)光路為準(zhǔn)直光路。但是在對(duì)地觀測(cè)過程中，若望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)通過地球表面目標(biāo)產(chǎn)生或反射的檢測(cè)光，比如找某一特征地貌對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，則空間望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)只能根據(jù)衛(wèi)星飛行軌道得到周期性的檢測(cè)；當(dāng)系統(tǒng)通過找遙遠(yuǎn)的星體進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)則需要調(diào)整衛(wèi)星的觀測(cè)姿態(tài)。而本發(fā)明中采用新型復(fù)合角錐棱鏡為對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)搭建自準(zhǔn)直檢測(cè)光路，實(shí)現(xiàn)了為對(duì)地觀測(cè)大口徑合成孔徑望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的后續(xù)檢測(cè)系統(tǒng)提供自準(zhǔn)直光路，解決了對(duì)地觀測(cè)成像系統(tǒng)拼接鏡共面檢測(cè)實(shí)時(shí)檢驗(yàn)的問題；從而也解決了對(duì)地觀測(cè)遙感系統(tǒng)根據(jù)衛(wèi)星飛行軌道通過找某一特征地貌進(jìn)行檢測(cè)時(shí)只能進(jìn)行周期性檢測(cè)的問題，以及對(duì)地觀測(cè)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)通過找無窮遠(yuǎn)星體提供準(zhǔn)直光源進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)衛(wèi)星的姿態(tài)調(diào)整問題。

角錐棱鏡是一種全反射棱鏡，對(duì)于從其底面以任意方向進(jìn)入有效通光孔徑的入射光線，經(jīng)三個(gè)反射表面順序反射以后，都將被高效地以與入射光線相反的方向反射回去，且當(dāng)棱鏡以錐頂為中心向任意方向偏轉(zhuǎn)，出射光線方向不變，角錐棱鏡出射光線和入射光線關(guān)于過角錐頂點(diǎn)且垂直于入射面的直線對(duì)稱。因此角錐棱鏡消除了由于元件安裝存在傾斜誤差而帶來的準(zhǔn)直光路傾斜的問題，而光學(xué)系統(tǒng)的波前差對(duì)光路傾斜分量較敏感，因此由于光路的微量?jī)A斜就能嚴(yán)重地影響光學(xué)系統(tǒng)的成像波前，從而降低了系統(tǒng)的成像質(zhì)量，倘若單純采用平面反射鏡來構(gòu)建自準(zhǔn)直光路，平面鏡則需要達(dá)到非常高的安裝精度，而采用角錐棱鏡則高效的解決了該問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開了一種復(fù)合角錐棱鏡，其目的在于為對(duì)地觀測(cè)大口徑合成孔徑空間望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的拼接面共面檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建自準(zhǔn)直內(nèi)光路。用于解決對(duì)地觀測(cè)大口徑合成孔徑系統(tǒng)拼接鏡在軌運(yùn)行期間進(jìn)行實(shí)時(shí)共面檢測(cè)的問題，并且也解決了反射元件高精度安裝的問題，為保證空間大口徑合成孔徑實(shí)時(shí)對(duì)地觀測(cè)望遠(yuǎn)鏡的順利運(yùn)行提供了高效的技術(shù)途徑。

所述復(fù)合角錐棱鏡由三個(gè)角錐棱鏡膠合而成，其中包括一個(gè)大的和兩個(gè)小的角錐棱鏡，兩個(gè)小的角錐棱鏡的直角面邊長(zhǎng)和底面邊長(zhǎng)分別是大角錐直角面邊長(zhǎng)以及其底面邊長(zhǎng)的三分之一；且小角錐底面的兩個(gè)頂點(diǎn)分別位于大角錐底面相鄰兩邊長(zhǎng)三分之一的位置，另一個(gè)頂點(diǎn)剛好與大角錐的底面中心重合；根據(jù)兩個(gè)小角錐的膠合位置則可以分別得出位于大角錐底面的兩個(gè)有效后向反射區(qū)域，大角錐底面除了兩個(gè)有效的后向反射區(qū)域以及與兩個(gè)小角錐的膠合區(qū)域以外均進(jìn)行遮光處理，使該部分無法對(duì)光束進(jìn)行后向反射，而只有進(jìn)入有效反射區(qū)域的光束可以按原方向返回。

本方法與現(xiàn)有的技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：

1、本方法中采用復(fù)合角錐棱鏡為系統(tǒng)構(gòu)建自準(zhǔn)直內(nèi)檢測(cè)光路，與單純的采用其它反射元件相比，由于角錐棱鏡的光學(xué)特性完全地消除了由于反射元件因自身安裝傾斜問題或者是反射元件本身在系統(tǒng)的運(yùn)行過程中發(fā)生震動(dòng)引起旋轉(zhuǎn)或傾斜問題而導(dǎo)致所構(gòu)建的自準(zhǔn)直光路發(fā)生傾斜或者偏心的問題。因而極大的降低了系統(tǒng)安裝反射光學(xué)元件的難度系數(shù)，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2、由角錐棱鏡的光學(xué)特性可知，光束從角錐底面正入射以后，后向反射光束以光束中心為對(duì)稱中心發(fā)生了180°的旋轉(zhuǎn)，因此由望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)出的經(jīng)系統(tǒng)本身準(zhǔn)直出射的光束經(jīng)復(fù)合角錐棱鏡反射以后再次經(jīng)過望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，因此剛好抵消掉了來自光學(xué)系統(tǒng)本身的像差對(duì)拼接面共面檢測(cè)的干擾。

3、與其它構(gòu)建檢測(cè)光路的方法相比：對(duì)于對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)，若通過某一已知散射特性的地面點(diǎn)目標(biāo)和分布目標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，則系統(tǒng)只能根據(jù)其空間運(yùn)行軌道進(jìn)行周期性的拼接鏡共面檢測(cè)；倘若通過尋找遙遠(yuǎn)的某一太空星體作為檢測(cè)源，對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)則需要調(diào)整整體衛(wèi)星的姿態(tài)去對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)源進(jìn)行檢測(cè)；因而，本種方法同時(shí)解決了上述只能周期性檢驗(yàn)和衛(wèi)星姿態(tài)調(diào)整的問題。

附圖說明：

圖1是復(fù)合角錐棱鏡結(jié)構(gòu)圖。

圖2是傳統(tǒng)角錐棱鏡底面正入射時(shí)的有效反射區(qū)域示意圖。

具體實(shí)施方式：

為更好理解本發(fā)明發(fā)明，下面結(jié)合附圖對(duì)該新型復(fù)合角錐棱鏡做了一個(gè)詳細(xì)的說明。

根據(jù)圖2所示，光束從角錐底面正入射能有效按原光束方向返回的有效區(qū)域?yàn)橹虚g正六邊形區(qū)域，該六邊形區(qū)域的邊長(zhǎng)為角錐底面邊長(zhǎng)的三分之一，六邊形的中心與角錐底面中心重合。根據(jù)角錐的光學(xué)特性可知，在附圖1中從正六邊形的有效反射區(qū)進(jìn)入的光束將進(jìn)入到與它關(guān)于大角錐底面中心對(duì)稱的小角錐棱鏡，最終光束將分別從兩個(gè)小角錐中返回再次進(jìn)入大角錐，由原本進(jìn)入時(shí)的區(qū)域按原方向返回。因此，反射區(qū)的大小以及位置可以根據(jù)兩個(gè)小角錐的尺寸大小以及膠合位置確定，且小角錐的膠合位置以及有效反射區(qū)均處于大角錐底面的正六邊形的有效區(qū)內(nèi)。而根據(jù)大角錐的底面正六邊形有效反射區(qū)域可以得出小角錐最大化尺寸與大角錐的尺寸關(guān)系以及膠合位置，此時(shí)可以確認(rèn)小角錐最大化的直角面邊長(zhǎng)以及底面邊長(zhǎng)均為大角錐直角面邊長(zhǎng)以及相應(yīng)底面邊長(zhǎng)的三分之一，且小角錐的兩個(gè)底面頂點(diǎn)位置與大角錐底面邊長(zhǎng)的三分子一處重合，另一個(gè)頂點(diǎn)則剛好與大角錐底面中心重合。

合成孔徑望遠(yuǎn)鏡發(fā)展至今已近開展了多種子鏡拼接的方式，在本發(fā)明中我們就不針對(duì)此做詳細(xì)說明。結(jié)合附圖下面對(duì)基于該復(fù)合角錐棱鏡以及大口徑合成孔徑望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)構(gòu)建自準(zhǔn)直光路做一個(gè)詳細(xì)的施行方案的說明。

如果經(jīng)過合成孔徑望遠(yuǎn)鏡主鏡上的各子鏡后的光波面具有相同的相位，它們的彌散斑中心因相干疊加而強(qiáng)度增強(qiáng)，寬度變窄，這樣就能提高光學(xué)系統(tǒng)的分辨率。因此，迫切的需要精密的檢測(cè)并控制分塊子鏡拼接成為整個(gè)單一鏡面。對(duì)于合成孔徑望眼鏡在軌展開完成子鏡拼接后，我們需要對(duì)系統(tǒng)的拼接鏡進(jìn)行共面檢測(cè)，而此時(shí)需要為系統(tǒng)構(gòu)建自準(zhǔn)直光路，讓來自系統(tǒng)內(nèi)部焦平面的檢測(cè)光經(jīng)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)自準(zhǔn)直以后能按原路返回到系統(tǒng)的焦面上。對(duì)于拼接主鏡我們需要特別關(guān)注地是兩兩相鄰子鏡間的拼接狀況，因此將每個(gè)復(fù)合角錐棱鏡底面橫跨兩相鄰拼接子鏡，使兩塊形狀為正六邊形的有效反射區(qū)分別對(duì)準(zhǔn)來兩相鄰拼接子鏡，這樣來自拼接子鏡的準(zhǔn)直光束從有效反射區(qū)正入射進(jìn)入復(fù)合角錐棱鏡內(nèi)，進(jìn)入的光束經(jīng)大角錐三次順序反射后進(jìn)入與有效入反射區(qū)域關(guān)于底面中心對(duì)稱小角錐棱鏡，然后經(jīng)該小角錐棱鏡三次順序反射后重新返回到大角錐棱鏡內(nèi)，依次再經(jīng)大角錐三次順序反射后由進(jìn)入時(shí)的有效反射區(qū)返回，最終返回的光束只是繞其自身中心發(fā)生了180°的旋轉(zhuǎn)。同理，來自另一個(gè)拼接鏡的準(zhǔn)直光束同樣經(jīng)有效反射區(qū)進(jìn)入大角錐棱鏡，再由大角錐棱鏡進(jìn)入小角錐棱鏡，經(jīng)小角錐棱鏡返回的的光束又再次返回到大角錐棱鏡內(nèi)，再由該有效反射區(qū)按原光路方向返回，最終同樣光束繞其中心發(fā)生了180°旋轉(zhuǎn)。然后經(jīng)復(fù)合角錐棱鏡有效反射區(qū)返回的準(zhǔn)直光束經(jīng)相應(yīng)拼接子鏡返回系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)入到共面檢測(cè)系統(tǒng)。

根據(jù)合成孔徑拼接鏡間的實(shí)際距離以及參考市場(chǎng)現(xiàn)有的角錐棱鏡系列，大角錐選取底面外接圓直徑為76.2mm的角錐，小的選取底面外接圓直徑為25.4mm的角錐，然后按上述原理進(jìn)行膠合以及遮光處理。