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随着国防工业与尖端科学技术的不断发展,大口径平面光学元件在天文望远镜、激光大气传输等领域的作用日益显著。在大口径平面光学元件的生产和使用过程中进行检测跟踪,判定其加工质量或运行状态是否达到工程指标,有益于即时采用适当的方法进行维护和补偿,降低成本。子孔径拼接检测技术牺牲了部分测量效率来增加横纵向测量范围的扩展性,较传统干涉法、瑞奇-康芒法等“以大测大”的检测技术,不需要制作大口径的参考检具,降低了测量成本的同时,保留了小口径仪器的测量精度。可以看到,子孔径拼接技术在大口径光学元件检测上,具有精度、成本以及效率的平衡性,对其研究具有良好的实际应用价值。本课题是利用子孔径拼接技术对大口径光学元件进行面形检测,重点对子孔径拼接涉及的相关算法进行研究。该检测技术采用小口径哈特曼波前传感器做检测仪器,按设计的子孔径拼接方案采集相应子孔径数据,然后利用相关算法得到拼接结果并进行分析。论文做了以下几方面研究:1、根据现有斜率重建算法、子孔径拼接算法特性分别进行归纳总结,在此基础上,提出了覆盖型全局斜率误差优化子孔径拼接算法。该算法利用子孔径重叠区域数据信息建立最小二乘优化模型,同步拟合并消除各子孔径斜率数据的倾斜-平移误差后,进行加权融合得到全口径斜率数据,最后利用斜率重建算法得到全口径面形。仿真实验结果表明该算法在高噪声环境下具有很好的抗噪性能;拼接精度与全局面形拼接精度相当,但在时间效率方面优于面形拼接;在子孔径数量较多的情况下,不易受局部斜率拼接的误差累积影响,算法具有一定的可行性。2、研究了稀疏型子孔径拼接算法原理,针对现有算法处理的数据对象为面形数据的局限性,提出了稀疏子孔径斜率泽尼克拟合拼接算法。该算法利用斜率泽尼克多项式建立稀疏子孔径斜率数据与全口径斜率数据间的最小二乘优化模型,拟合得到泽尼克多项式系数后进而拟合出全口径面形。仿真实验结果表明该算法具有很好的抗噪性能,在子孔径的数量与排列分布相同的情况下,与同类算法的拼接精度相当,算法具备一定的应用价值。3、设计了基于夏克哈特曼波前传感器的子孔径拼接面形检测系统。并对口径100mm×150mm的矩形反射镜进行检测,结合相关评价指标将实验结果与干涉仪测量结果进行比较,覆盖型全局斜率误差优化子孔径拼接算法结果?PV=0.005λ,?RMS=0.0018λ,稀疏子孔径斜率泽尼克拟合拼接算法结果?PV=0.0065λ,?RMS=0.0043λ(λ=532nm)。进一步验证了本文所提子孔径拼接算法是可行的,可适用于采集的子孔径为斜率数据的拼接系统中。