本发明属于指向偏差测量，特别涉及一种基于哈特曼传感器的指向偏差测量装置和方法。
背景技术：
1、在激光探测的过程中受到各种因素的干扰，如复杂空间环境、机械结构变化、操作方式、激光发射器的稳定性等，都会引起光束在指向之间的抖动，并产生指向偏差。指向偏差作为激光通信、激光测量、引力波探测等领域的主要误差，严重影响了激光探测的精度以及系统的性能。尤其在远距离激光传输过程中，当激光信号包含指向偏差时，对探测结果的影响更加显著。以引力波探测为例，由于各星座之间传输距离达到109m量级，指向误差导致干涉信号的相位发生变化，影响了低频引力波的探测。因此高精度的指向偏差探测是提高激光探测精度以及系统性能的前提。
2、为了对激光探测中存在的指向偏差实现超高精度测量，提出了不同的技术和解决方法。赵馨等人针对激光捕获时的初始指向进行了研究，建立了数学模型，通过坐标转换矩阵补偿了各类因素对初始指向的影响，借助观靶相机测量，该方法实现了10mrad的测量精度。薛向尧等人从系统误差的主要来源进行分析，根据轴系误差在光路中的传递规律并利用线性叠加的方式，得出指向误差的修正模型，经过模型修正之后，指向误差测量精度可以达到150μrad。目前，差分波前敏感测角技术在指向探测中占主导地位，该技术经过探测模型解析、相角转换公式建立、地面精密测量模拟等过程，初步实现了100nrad的测量精度要求。高瑞弘等人提出了一种采用三种不同探测器的专用激光链路构建方案，并且利用差分波前敏感测角(dws)技术实现激光的精准指向，实现了10nrad的高精度测量。
3、然而，上述方法在测量精度方面仍然不能达到预期要求，如何对激光信号进行高精度的指向偏差测量，并与传感器参数建立定量关系，从而为激光信号探测提供高精度测试保障，是目前亟需解决的技术问题。
技术实现思路
1、为此，本发明提供一种基于哈特曼传感器的指向偏差测量装置和方法，以力图解决或至少缓解上面存在的问题。
2、根据本发明第一方面，提供一种基于哈特曼传感器的指向偏差测量装置，包括：倾斜镜，用于对激光指向偏差进行标定；中继光学系统，用于对包含指向偏差的入射光束进行缩束并使出射光束直径与光电探测器口径匹配；微透镜阵列，接收收缩后的光束，并将该光束分为若干个子光束，所述若干个子光束照射在光电探测器的光敏面上形成相同数量的聚焦光斑，子光束的个数和子孔径的数量相同；光电探测器，放置在微透镜的焦平面上，用于接收聚焦光斑图像，并且将激光信号转换成电信号；数据采集与处理模块，用于对探测信号进行采集和处理，所述探测信号是上述电信号和噪声电信号的叠加，且将探测信号以数值化形式输出至指向偏差测量分析模块，并储存于数据采集与处理模块中；指向偏差测量分析模块，通过计算光斑质心位置，得到光斑质心相对偏移量，获取入射光束的指向偏差测量结果，计算光斑质心位置的方法是质心算法、阈值算法之一。
3、在上述基于哈特曼传感器的指向偏差测量装置中，倾斜镜采用压电陶瓷促动器、电致伸缩促动器或音圈电机促动器。
4、在上述基于哈特曼传感器的指向偏差测量装置中，中继光学系统采用反射式光学元件，或透射式光学元件。
5、在上述基于哈特曼传感器的指向偏差测量装置中，微透镜阵列采用圆形孔径、六边形孔径或者方形孔径，并以阵列形式排布，能够将入射光分为对应个数的子光束，阵列中各子孔径具有相同直径、焦距和形状。
6、在上述基于哈特曼传感器的指向偏差测量装置中，微透镜阵列的材料包括：石英玻璃、k9玻璃、硅单晶。
7、在上述基于哈特曼传感器的指向偏差测量装置中，光电探测器采用ccd探测器、cmos探测器或光电二极管阵列。
8、根据本发明另一方面，提供一种基于哈特曼传感器的指向偏差测量方法，由以上基于哈特曼传感器的指向偏差测量装置执行，包括：倾斜镜对光束的指向偏差进行标定；中继光学系统将入射光信号进行缩束，并使出射光束直径与光电探测器口径相匹配；微透镜阵列将含有指向偏差的入射光束分为若干个子光束，子光束的个数和子孔径的数量相同，并在光电探测器的光敏面上形成聚焦光斑图像；光电探测器探测聚焦光斑图像的光强，将激光信号转换成电信号，并将探测信号输入到数据采集与处理模块中进行处理，探测信号是上述电信号和噪声电信号的叠加；数据采集与处理模块对探测信号进行采集和处理，将探测信号以数值化形式输出至指向偏差测量分析模块，并储存于数据采集与处理模块；指向偏差测量分析模块对探测信号进行指向偏差分析，通过计算光斑质心位置，得到光斑质心相对偏移量，获取入射光束的指向偏差的测量结果，计算光斑质心位置的方法是质心算法、阈值算法之一。
9、在上述基于哈特曼传感器的指向偏差测量方法中，所述的指向偏差测量分析模块对探测信号进行指向偏差分析，其测量步骤为：
10、步骤1，在各子孔径内计算光斑质心位置, ；
11、步骤2，采用空间子孔径复用方法，对n个光斑质心位置求平均得到平均位置，其中n≈3n2/4，n是微透镜阵列的行数或列数，该方法可以抑制多类像差和噪声影响；
12、步骤3，选择光斑参考位置，结合步骤2得到的，计算光斑质心偏移量，所述的光斑参考位置是倾斜镜受信号驱动前的哈特曼探测光斑质心位置，或倾斜镜受信号驱动后的哈特曼探测光斑质心位置；
13、步骤4，计算入射光束的指向偏差量，指代波前在x方向的倾斜角度，指代波前在y方向的倾斜角度；
14、步骤5，将计算得到的光束指向偏差量与倾斜镜的指向偏差标定量作差得到，计算指向偏差测量精度。
15、根据本发明技术方案，带来以下有益效果：
16、（1）采用本发明装置测量指向偏差，可以对光束指向偏差进行定标，验证测量结果的精度，相对于传统测量方法不需要标定哈特曼传感器的最佳位置。
17、（2）利用哈特曼波前探测器对入射波前进行探测，测量动态范围大，灵敏度高；
18、（3）采用哈特曼子孔径相关复用原理，相较于传统单透镜指向偏差测量装置和方法，可降低赛德尔像差和多种随机噪声对指向偏差测量结果的影响，提高指向偏差测量精度；
19、（4）可以根据测量精度、灵敏度、应用场合等具体需要对微透镜参数进行优化设计，应用范围广；
20、（5）本发明方法简单、制作方便、性能稳定。
1.一种基于哈特曼传感器的指向偏差测量装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于哈特曼传感器的指向偏差测量装置，其特征在于，倾斜镜采用压电陶瓷促动器、电致伸缩促动器或音圈电机促动器。
3.根据权利要求1所述的基于哈特曼传感器的指向偏差测量装置，其特征在于，中继光学系统采用反射式光学元件，或透射式光学元件。
4.根据权利要求1所述的基于哈特曼传感器的指向偏差测量装置，其特征在于，微透镜阵列采用圆形孔径、六边形孔径或者方形孔径，并以阵列形式排布，能够将入射光分为对应个数的子光束，阵列中各子孔径具有相同直径、焦距和形状。
5.根据权利要求1所述的基于哈特曼传感器的指向偏差测量装置，其特征在于，微透镜阵列的材料包括：石英玻璃、k9玻璃、硅单晶。
6.根据权利要求1所述的基于哈特曼传感器的指向偏差测量装置，其特征在于，光电探测器采用ccd探测器、cmos探测器或光电二极管阵列。
7.一种基于哈特曼传感器的指向偏差测量方法，由权利要求1-6中任一项所述的基于哈特曼传感器的指向偏差测量装置执行，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的基于哈特曼传感器的指向偏差测量方法，指向偏差的测量等效于倾斜像差的测量，其测量步骤为：
