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基于混合解包裹的相位恢复算法研究

基于混合解包裹的相位恢复算法研究

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作者：聂耳北京理工大学

学位级别：硕士

考虑到材料、加工、轻量化等方面因素,为了满足高分辨率观测,分块拼接式主镜已成为实现大口径望远镜的主要途径,但子镜拼接时会带来共相位误差,要想校正它必须要先用波前传感方法传感出误差。相位恢复算法是传感波前误差的常用方法之一... 详细信息

考虑到材料、加工、轻量化等方面因素,为了满足高分辨率观测,分块拼接式主镜已成为实现大口径望远镜的主要途径,但子镜拼接时会带来共相位误差,要想校正它必须要先用波前传感方法传感出误差。相位恢复算法是传感波前误差的常用方法之一,它是利用多个离焦面光强分布,采用基于傅里叶变换的迭代变换方法,恢复瞳面相位分布。当波前传感动态范围大于1个波长时,需要在迭代过程中引入相位解包裹算法。相位解包裹算法是提升波前传感动态范围和相位恢复精度的关键因素。本文提出了基于混合解包裹的相位恢复算法。在迭代初期,采用最小二乘解包裹算法,该算法具有适应性强的特点,在迭代后期,采用路径无关解包裹算法,该算法具有精度高的特点。对基于混合解包裹的相位恢复算法进行了计算机仿真研究。首先采用Zernike多项式拟合出被测波前分布,建立光瞳模型和光学系统模型,根据模型计算得到离焦面光强分布。然后利用该光强分布信息并基于相位恢复算法建立迭代方程得到迭代相位值,再对迭代相位进行解包裹得到恢复相位。最后采用各离焦面恢复出的相位进行加权平均,得到最终的恢复波前相位。仿真中,首先以圆光瞳大动态范围波前误差为研究对象,在2个离焦面和4个离焦面的情况下,分别采用路径无关解包裹、最小二乘解包裹和混合解包裹3种方法进行对比仿真研究。仿真分析表明,无论采用几个离焦面,混合解包裹方法的恢复精度都比单一解包裹方法高,4个离焦面情况下的混合解包裹比2个离焦面情况下的恢复精度要高。最后,以18块正六边形拼接而成的复杂光瞳为研究对象,在4个离焦面的情况下分别采用路径无关解包裹、最小二乘解包裹和混合解包裹3种方法进行对比仿真研究。仿真分析表明混合解包裹方法在复杂光瞳上仍有较高的恢复精度。另外一方面,仿真研究了采用混合解包裹方法的相位恢复算法在复杂光瞳上的波前传感动态范围及信噪比需求。仿真结果表明,当波前PV值为3.5λ时,算法的精度为λ/43;当噪声rms值为10（图像为12Bit量化）时,算法的精度优于λ/40。

关键词：相位恢复波前传感路径无关解包裹最小二乘解包裹混合解包裹

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