用于衛星遙測的Michelson干涉儀測試臺演示器的數字

Author(s):
F. Musso - ALCATEL ALENIA SPAZIO
F. Bresciani - ALCATEL ALENIA SPAZIO
L. Bonino - ALCATEL ALENIA SPAZIO
S. Cesare - ALCATEL ALENIA SPAZIO

Industry:
Aerospace/Avionics

Products:
Data Acquisition, LabVIEW, Real-Time Module

The Challenge:
為歐氏空間遙測的同相位系統實(shí)驗室演示器建立數字控制系統，用于將遙測臂之間的光學(xué)路徑差維持在10nm之內，這是確保有效衛星操作的必要條件。這個(gè)任務(wù)需要按照西歐軍備組織（WEAO）研究小組頒布的Euclid CEPA 9 RTP 9.9 合同來(lái)實(shí)行。

The Solution:
使用控制算法交互、利用C++語(yǔ)言編寫(xiě)并且嵌入到動(dòng)態(tài)鏈接庫中，使用NI LabVIEW中的調用庫函數節點(diǎn)交互來(lái)自NI DAQ板卡的數據（來(lái)自ADC 的測量值和發(fā)送到DAC 的指令）。

概述
歐氏空間望遠鏡是為高分辨率光學(xué)檢測而優(yōu)化的干涉儀儀器，利用對成孔徑技術(shù)對地理靜態(tài)軌道進(jìn)行檢測。

為了獲得需要的同相位、所需的分辨率，就要使用復雜的計量和控制系統，以便確保光學(xué)配置具有必要的穩定性。集成了一個(gè)演示器（稱(chēng)為MIT，Michelson 干涉儀測試臺）用于對歐氏空間望遠鏡的兩個(gè)關(guān)鍵系統進(jìn)行驗證，以便達到同相位條件，以及在Michelson干涉儀儀器中達到的穩定邊緣圖案樣式。

本文包含了對歐氏空間望遠鏡的概述、MIT性能的簡(jiǎn)單描述以及完成的目標。

歐氏空間望遠鏡
例如歐氏空間望遠鏡等多孔徑望遠鏡配置為達到大型孔徑光學(xué)系統提出了一種獨特的可行方法。開(kāi)發(fā)多個(gè)獨立望遠鏡孔徑的動(dòng)機是為了提供從空間進(jìn)行高分辨率的觀(guān)測，避免在大型孔徑（大重量）情況下以及使用自適應波前控制導致的局限性。多個(gè)望遠鏡光學(xué)鏡片可以比單筒大型鏡片直徑縮小許多，這是在重量以及外形上的重要改進(jìn)。

帶有Fizeau 類(lèi)型組合光學(xué)配置的Michelson 干涉儀被選用實(shí)現合成孔徑技術(shù)。望遠鏡配置包含了八個(gè)子望遠鏡陣列和光束組合望遠鏡位于陣列的中央，用來(lái)采集來(lái)自子望遠鏡的光線(xiàn)，并且可以在聚焦平面上產(chǎn)生干涉圖像。光學(xué)延遲線(xiàn)可以均衡來(lái)自每個(gè)子望遠鏡不同波前進(jìn)入路徑的差別，最后到達覆蓋在上面的聚焦平面。干涉邊緣圖案樣式在聚焦平面上形成，并且具有良好的可見(jiàn)度，在干涉儀臂之間的光學(xué)路徑差（OPD）被保持在比相干長(cháng)度小的范圍之內。隨著(zhù)OPD 的增加，邊緣圖案變得越來(lái)越黯淡，即其可見(jiàn)度越來(lái)越低。這是因為干涉儀并非工作在單一的波長(cháng)上，而是工作在有限的頻帶上。

圖1.Michelson 干涉儀的計量線(xiàn)

為了讓邊緣圖案具有更好的可見(jiàn)度，光束經(jīng)過(guò)Michelson干涉儀八個(gè)臂的光學(xué)路徑長(cháng)度（OPL）必須進(jìn)行均衡，其誤差需要在工作頻帶相干長(cháng)度的范圍之內。對于一定的Michelson 干涉儀任務(wù)而言，經(jīng)過(guò)八個(gè)臂的光束的OPL必須將誤差均衡在100 nm之內。如果達到了這個(gè)條件，就可以稱(chēng)為干涉儀達到了“同相位”。在達到同相位條件之后，就可以使用望遠鏡進(jìn)行觀(guān)測。在聚焦平面的圖像集成時(shí)間之內，干涉儀的八個(gè)臂之間的OPD 必須控制在觀(guān)測波長(cháng)范圍之內（即OPDij 10 nm），以便避免邊界“跳躍”或是邊界模式相位出現較大變化，造成得到的圖形出現對比度損失。如果這種情況在觀(guān)測過(guò)程中出現，得到的干涉儀圖像就會(huì )完全模糊，為了重建目標原始圖像所需的必要信息也將丟失。