CN119000021B - 一种基于哈特曼传感器的指向偏差测量装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于哈特曼传感器的指向偏差测量装置和方法，该装置包括：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；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，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；指向偏差测量分析模块，用于获取入射光束高精度指向偏差测量结果。根据本发明技术方案，可抑制并降低多种像差和噪声源，显著提升指向偏差测量精度。

Description

一种基于哈特曼传感器的指向偏差测量装置和方法

技术领域

本发明属于指向偏差测量技术领域，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

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。

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。

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。

发明内容

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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：

步骤1，在各子孔径内计算光斑质心位置, ；

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；

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；

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；

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。

根据本发明技术方案，带来以下有益效果：

（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。

（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；

（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；

（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；

（5）本发明方法简单、制作方便、性能稳定。

附图说明

图1示出根据本发明实施方式的基于哈特曼传感器的指向偏差测量装置示意图。

图2示出倾斜镜受阶梯信号驱动时镜面在x方向的角度变化图。

图3示出根据本发明实施方式的指向偏差测量方法的示意性流程图。

图4示出部分阶梯信号驱动下x方向的倾斜镜指向偏差标定值和指向偏差测量值。

图5示出部分阶梯信号驱动下x方向的指向偏差测量残差。

图6示出根据本发明实施方式采用空间子孔径相关复用时，不同类型像差对指向偏差测量的影响图。

图7示出根据本发明实施方式的采用单透镜和子孔径相关复用的指向偏差测量精度对比图。

附图标记：

1，倾斜镜；2，中继光学系统；3，微透镜阵列；4，光电探测器；5，数据采集与处理模块；6，指向偏差测量分析模块。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开，且本公开不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

图1示出根据本发明实施方式的基于哈特曼传感器的指向偏差测量装置示意图。如图1所示，该基于哈特曼传感器的指向偏差测量装置包括：倾斜镜1，其镜面倾斜角度通过输入信号驱动位移促动器来调节，倾斜镜用于对入射光束的指向偏差进行标定；中继光学系统2，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4口径匹配；微透镜阵列3，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4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4，放置在微透镜阵列3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5，用于对探测信号（即上述电信号和噪声电信号的叠加）进行采集和处理，将信号以数值化形式输出至指向偏差测量分析模块6，并储存于数据采集与处理模块5中；指向偏差测量分析模块6，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。

在一个实施方式中，倾斜镜1可以采用压电陶瓷促动器、电致伸缩促动器或音圈电机促动器，只要可以对反射镜面的倾斜量进行准确定标即可。

在一个实施方式中，中继光学系统2对包含指向偏差的入射光束进行缩束的倍数取决于望远镜的入瞳直径和出瞳直径。

在一个实施方式中，中继光学系统2可以采用反射式光学元件，也可以采用透射式光学元件，只要可以对入射的光束进行缩束实现入射光束与测量装置口径匹配即可。

在一个实施方式中，微透镜阵列3可以采用圆形孔径、六边形孔径以及方形孔径，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的参数，参数包括直径、焦距和形状，其焦距可根据角度偏差灵敏度、精度以及测量动态范围要求进行优化设计。此外，微透镜阵列可以根据不同应用需求选择不同光学材料，包括但不限于石英玻璃、K9玻璃、硅单晶等，只要能够将入射光分为若干子光束并形成阵列光斑即可。

在一个实施方式中，光电探测器4可以采用CCD探测器、CMOS探测器或光电二极管阵列等，只要可以实现对入射光强度探测即可。

在一个实施方式中，数据采集与处理模块5可以采用专用的数据采集与处理装置，也可以采用普通计算机进行数据采集与处理，只要满足对探测器直接探测的数据进行采集和处理即可。

在一个实施方式中，指向偏差测量分析模块6可以采用专用的数据分析装置，也可以采用普通计算机进行数据分析，只要满足对指向偏差数据进行分析处理即可。

本发明实施方式的原理在于：指向偏差的测量等效于倾斜像差的测量，利用哈特曼波前探测原理，将包含指向偏差的入射波前经过微透镜阵列后，被分割为多个子波前。根据哈特曼传感器高精度质心计算方法，得到各子光斑的质心位置；其次，基于哈特曼空间子孔径相关复用的指向偏差测量方法可以降低赛德尔像差和多种随机误差对指向偏差测量结果的影响，得到高精度的指向偏差测量结果；最后，将测量结果与倾斜镜标定结果对比，确定指向偏差测量精度。

图2示出倾斜镜受阶梯信号驱动时镜面在x方向的角度变化示意图，镜面从初始位置的0nrad以阶梯的形式逐渐倾斜到1400nrad，然后以阶梯的形式逐渐返回到初始位置，但是由于信号及促动器位移误差，无法严格满足角度要求。根据几何光学原理，光束指向偏差量等于2倍的镜面倾斜量。

下面描述使用以上指向偏差测量装置进行的基于哈特曼传感器的指向偏差测量方法。图3示出该方法的示意性流程图。如图3所示，该方法包括以下步骤：

S310，倾斜镜1通过输入信号驱动位移促动器来调节镜面倾斜角度，倾斜镜用于对入射光束的指向偏差进行标定，所述的输入信号是阶跃信号、方波信号或正弦信号之一。

S320，中继光学系统2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。

S330，微透镜阵列3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4的光敏面上形成聚焦光斑图像。

S340，光电探测器4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（即上述电信号和噪声电信号的叠加）输入到数据采集与处理模块5中进行处理。

S350，数据采集与处理模块5对探测信号（即上述电信号和噪声电信号的叠加）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6，并储存于数据采集与处理模块5中。

S360，指向偏差测量分析模块6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。

在一个实施方式中，步骤S360中对探测信号进行指向偏差分析包括：

在各子孔径内计算光斑质心位置、，采用空间子孔径复用算法，对n个光斑质心位置求平均得到平均位置，选择光斑参考位置，结合求解得到的，计算光斑质心偏移量。获取入射光束的指向偏差量。将指向偏差量测量结果与倾斜镜的指向偏差标定量作差，分析指向偏差测量精度。

由于空间子孔径相关复用，可以降低并且抑制赛德尔像差和多种随机误差对指向偏差测量结果的影响，得到高精度的指向偏差测量结果。

在一个实施例中，以x方向的指向偏差测量为例，计算入射光指向偏差的过程可以包括：

在指向偏差测量分析模块6中，采用阈值法计算光斑x方向的质心位置。根据公式（1），对子孔径区域内的数值化光斑信号进行减阈值处理，可以有效降低暗背景和噪声对光斑质心测量的影响，提高哈特曼质心探测精度。

（1）

式中，为光斑像素点的数值化信号；T为选取的阈值，阈值等于子孔径内暗背景均值μ加三倍噪声标准差σ，即：T=μ+3σ。由于像素点灰度不存在负值，因此将减阈值处理后为负值的像素点灰度记为0，即对主光斑区域内大于阈值T的像素点进行减阈值处理，小于阈值T的像素点不参与质心计算。

在指向偏差测量分析模块6中，对每个子孔径规定相同的坐标系，将子孔径区域内经过阈值处理后的信号代入以下公式（2），计算第n个探测光斑的质心x方向的位置：

（2）

式中，L×M是探测窗口范围，L是横坐标方向的像素个数，M是纵坐标方向的像素个数；是第个像素的x坐标；是光斑像素点的数值化信号。

在指向偏差测量分析模块6中，采用空间子孔径复用方法，求解探测光斑质心的平均位置，对于N×N的微透镜阵列，入射波前经过微透镜阵列3之后，子波前形成n（n≈3N²/4）个聚焦光斑，各子孔径的光斑质心位置为, ，……，，对n个光斑质心位置求平均得到。

图4示出了部分阶梯信号驱动下x方向的倾斜镜指向偏差标定值和指向偏差测量值，在指向偏差测量分析模块6中，选择倾斜镜恢复初始位置时测得的光斑平均位置为参考位置，由于倾斜镜在定标时，参考位置受误差影响未恢复到0nrad，所以将所有阶梯信号驱动下的指向偏差标定值减去参考值，提高分析的准确性。结合光斑质心平均，得到探测光斑的偏移量。将光斑偏移量和透镜焦距f代入以下公式（3）中，计算入射光在x方向的指向偏差量

（3）

图5示出了部分阶梯信号驱动下x方向的指向偏差测量残差，将上述计算得到的x方向的指向偏差测量值与倾斜镜对应阶梯信号驱动下的x方向的倾斜量标定值作差得到x方向的指向偏差测量残差。根据本技术方案得到的指向偏差测量精度的RMS为188nrad，PV值为1169nrad。

根据以上计算过程，基于哈特曼空间子孔径相关复用测量原理，不仅可以降低赛德尔像差对指向偏差（倾斜像差）测量结果的影响，而且可抑制各类随机误差对测量精度的影响，得到高精度的指向偏差测量结果，基本原理如下：

使用zernike多项式对光学系统或者大气湍流像差进行模拟。根据哈特曼传感器对波前分割原理，对于第k项zernike多项式，在第i个子孔径处x方向上和y方向上的平均斜率（即：倾斜像差）可以通过公式（4）计算得到：

（4）

其中，、分别表示第k项zernike多项式在某个子孔径处x方向上和y方向上的平均斜率；S_i为子孔径的归一化面积，所有子孔径面积相同，对于子孔径个数为n的微透镜阵列，透镜区域总面积S≈nS_i；为第k项zernike多项式模拟的波前，为第i个子孔径对整个波前的分割，和存在如下关系：。

根据公式（5）可以计算得到全部子孔径在x方向的平均斜率Z_x和y方向的平均斜率Z_y：

（5）

根据积分和求导计算原则，以及子孔径分割波前与完整波前的关系对公式（5）进行化简：

（6）

根据函数对称性和偏导原则，当zernike多项式Z_k(x,y)关于原点对称时，其x方向和y方向的偏导数在整个微透镜区间内的积分都为0，即：该像差对指向偏差测量结果无影响；当zernike多项式Z_k(x,y)仅关于x轴或者y轴对称时，其y方向或者x方向的偏导数在整个微透镜区间内的积分为0，即：该像差对y方向或者x方向指向偏差测量结果无影响。由于指向偏差等效于光斑在某个方向的偏移量，因此基于子孔径相关复用算法，可以降低多种像差对指向偏差测量的影响，得到高精度的指向偏差测量结果。

假设n个光斑的探测信息为，受到独立随机噪声的影响，随机噪声的标准差为。对n组探测信息进行平均之后，随机噪声的标准差为：

（7）

子孔径相关复用技术使随机噪声的强度降低了倍。

对于单个子孔径测量光斑，当探测光斑只受随机噪声的影响，不考虑系统误差时，根据以下公式（8）得到光斑质心的起伏方差：

（8）

式中，等式左边为光斑质心的起伏方差，为光子噪声方差，为读出噪声方差，SNR为探测信号的信噪比，L×M为探测窗口尺寸，L是横坐标方向的像素个数，M是纵坐标方向的像素个数，为暗背景和读出噪声总和，为暗背景质心位置。

根据公式（7），在不考虑系统误差时，采用子孔径相关复用技术，可以使光子噪声方差和读出噪声方差降低n倍，为采用子孔径复用技术得到的光子噪声方差，为采用子孔径复用技术得到的读出噪声方差，如公式（9）所示：

（9）

此时，光斑质心探测位置的起伏方差为：

（10）

相较于采用单透镜的质心位置起伏方差，基于子孔径相关复用的质心位置起伏方差降低了n倍，光斑质心探测精度的提高同等程度上影响了指向偏差的测量精度，因此指向偏差测量精度的均方根值（Root Mean Square，RMS）降低了倍，该方法进一步提升了指向偏差测量精度。

综上，根据本发明实施方式，基于哈特曼基本原理对入射光指向偏差进行高精度测量，其可以使用单子孔径测量数据获取指向偏差测量结果，也可以使用子孔径相关复用后的数据获取指向偏差测量结果。

图6给出了采用子孔径相关复用时，不同类型像差对指向偏差测量的影响图。如图6所示，用zernike多项式模拟不同单独像差（j=1~36），通过子孔径相关复用，得到测量光斑质心在x方向和y方向的偏移量，其中j=1和2表示倾斜像差。从图6中可以看出，x方向除了j=8、18、19、20、32、33和34所表示的像差存在偏移量外，其余像差在x方向的偏移量为0；y方向除了j=7、15、16、17、29、30和31所表示的像差存在偏移量外，其余像差在y方向的偏移量为0。基于哈特曼传感器子孔径相关复用算法可以消除多数像差对指向偏差测量的影响，显著提高指向偏差测量的精度。

图7给出了采用单透镜和子孔径相关复用指向偏差测量精度对比图。如图7所示，通过以下两种方式改变信噪比大小：方式一，保证光强大小为不变（光子噪声基本不变），改变读出噪声得到需要的信噪比；方式二，改变光强（光子噪声也发生变化）和读出噪声大小，得到需要的信噪比。图7中靠上的两条线为采用方式一和二的情况下单个子孔径测量结果，靠下的两条线为采用方式一和二的情况下的子孔径相关复用测量结果。线上的标记是实验方式的区分标记。从图7中可看到，采用子孔径相关复用技术得到的测量精度提高效果显著，测量精度平均提高7.2倍。基于哈特曼传感器的高精度指向偏差测量装置和方法对随机噪声抑制作用显著。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施方式可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭示的技术范围内，可理解到的替换或增减都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

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：

倾斜镜，其镜面倾斜角度通过输入信号驱动位移促动器来调节，倾斜镜用于对入射光束的指向偏差进行标定，所述的输入信号是阶跃信号、方波信号或正弦信号之一；

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。

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：

倾斜镜通过输入信号驱动位移促动器调节镜面倾斜角度，对入射光束的指向偏差进行标定，x方向的和y方向的标定结果分别为，所述的输入信号是阶跃信号、方波信号或正弦信号之一；

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，在子孔径内光电探测器的光敏面上形成光斑图像；

光电探测器探测光斑图像的光强，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，所述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。

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：

步骤1，在各子孔径内计算光斑质心位置, ；

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；

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；

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；

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。