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驗室演示器建立數字控制系統，用于將遙測臂之間的光學路徑差維持在10nm之內，這是確保有效衛星操作的必要條件。這個任務需要按照西歐軍備組織（WEAO）研究小組頒布的Euclid CEPA 9 RTP 9.9 合同來實行。

The Solution:
使用控制算法交互、利用C++語言編寫并且嵌入到動態鏈接庫中，使用NI LabVIEW中的調用庫函數節點交互來自NI DAQ板卡的數據（來自ADC 的測量值和發送到DAC 的指令）。

概述
歐氏空間望遠鏡是為高分辨率光學檢測而優化的干涉儀儀器，利用對成孔徑技術對地理靜態軌道進行檢測。

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，以便確保光學配置具有必要的穩定性。集成了一個演示器（稱為MIT，Michelson 干涉儀測試臺）用于對歐氏空間望遠鏡的兩個關鍵系統進行驗證，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系統提出了一種獨特的可行方法。開發多個獨立望遠鏡孔徑的動機是為了提供從空間進行高分辨率的觀測，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。多個望遠鏡光學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。

帶有Fizeau 類型組合光學配置的Michelson 干涉儀被選用實現合成孔徑技術。望遠鏡配置包含了八個子望遠鏡陣列和光束組合望遠鏡位于陣列的中央，用來采集來自子望遠鏡的光線，并且可以在聚焦平面上產生干涉圖像。光學延遲線可以均衡來自每個子望遠鏡不同波前進入路徑的差別，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度，在干涉儀臂之間的光學路徑差（OPD）被保持在比相干長度小的范圍之內。隨著OPD 的增加，邊緣圖案變得越來越黯淡，即其可見度越來越低。這是因為干涉儀并非工作在單一的波長上，而是工作在有限的頻帶上。

圖1.Michelson 干涉儀的計量線

為了讓邊緣圖案具有更好的可見度，光束經過Michelson干涉儀八個臂的光學路徑長度（OPL）必須進行均衡，其誤差需要在工作頻帶相干長度的范圍之內。對于一定的Michelson 干涉儀任務而言，經過八個臂的光束的OPL必須將誤差均衡在100 nm之內。如果達到了這個條件，就可以稱為干涉儀達到了“同相位”。在達到同相位條件之后，就可以使用望遠鏡進行觀測。在聚焦平面的圖像集成時間之內，干涉儀的八個臂之間的OPD 必須控制在觀測波長范圍之內（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。如果這種情況在觀測過程中出現，得到的干涉儀圖像就會完全模糊，為了重建目標原始圖像所需的必要信息也將丟失。