基于Zernike模型系数优化的椭球型窗口光学系统像差校正

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摘要
传统的半球形窗口难以满足高速飞行器气动力学的需求，采用流线型外表面的非球面光学窗口技术应运而生。这种窗口会随着扫描视场角的变化产生大量动态像差，校正这类像差成为高速飞行器光电成像系统发展的关键问题。对于扫描视场为±60°的椭球形窗口光学系统，研究了静态校正和无波前探测器的自适应光学技术相结合的大扫描视场像差校正方法。设计时，首先以减少系统像差种类为导向，进行初始结构设计，消除五阶Zernike像差，从而减少后续自适应优化控制变量数。利用Zernike多项式系数与变形镜驱动器电压之间的转换矩阵，将优化变量由140个驱动器电压减少至Zernike多项式2—9项系数。最后利用基于Zernike模型的遗传算法对变形镜面形进行控制，校正残余像差。仿真结果表明，各典型扫描视场点的优化速度提升95%以上，且光学像质接近衍射极限。该优化方法不仅可以修正异形光学窗口引起的像差，同时还能够校正光学系统装调、加工时引起的误差，具有较强的实用性。