本發(fā)明涉及一種探測系統(tǒng)及方法，特別是涉及一種視向速度測量的系外行星天基高精度探測系統(tǒng)及方法。
背景技術：
視向速度測量原理基于光的多普勒效應。當待觀測目標光源靠近觀測者時，觀測到的光譜會發(fā)生藍移，而當待觀測目標光源遠離觀測者時，觀測到的光譜會發(fā)生紅移。通過對光譜進行分析，可解算出待觀測目標光源在觀測者視向的速度。系外行星與其宿主恒星由于引力作用，會繞它們共同的質心做開普勒運動，引起宿主恒星的運動速度發(fā)生周期性的變化。利用光的多普勒效應，對宿主恒星實施視向速度觀測，通過數據的擬合，可以得到宿主恒星的視向速度振幅、變化周期、軌道相關信息。在通過行星與其宿主恒星的引力作用關系可得到行星的信息，從而實現系外行星的觀測。
為實現視向速度的高精度測量，需實現宿主恒星光譜的精細觀測。目前系外行星視向速度觀測主要以地基觀測為主，觀測設備主要以交叉色散階梯光柵色散原理實現光譜分析。天基觀測相比于地面觀測避免了地球大氣的影響，成為系外行星觀測的重點發(fā)展方向，部分天基觀測系統(tǒng)已配置相應設備。
技術實現要素：
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種視向速度測量的系外行星天基高精度探測系統(tǒng)及方法，其采用定差干涉式視向速度測量技術，結合定差干涉技術和光柵色散原理進行光譜分析，可實現高精度的視向速度測量，從而實現系外行星的探測。
本發(fā)明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的：一種視向速度測量的系外行星天基高精度探測系統(tǒng)，其包括待觀測寄宿行星、待觀測宿主恒星、入射光調整模塊、定差干涉與色散模塊、圖像采集與數據處理模塊，入射光調整模塊用于對入射的一個待觀測宿主恒星發(fā)出的光進行準直；定差干涉與色散模塊包括兩個反射鏡、一個分光鏡和一個光柵組成，定差干涉與色散模塊通過分光鏡入射的宿主恒星光分成兩束光，分別入射到兩個反射鏡上反射，再次經過分光鏡匯合，形成干涉，然后干涉光經過光柵進行色散；圖像采集與數據處理模塊包括探測器和數據處理器，圖像采集與數據處理模塊用于接收定差干涉與色散模塊的出射光，由探測器對干涉條紋進行采集，并將獲得的信息傳送給數據處理器，數據處理器結合一個待觀測寄宿行星和待觀測宿主恒星由于引力作用所形成的周期性運動關系對獲取的信號進行處理，解算視向速度信息。
優(yōu)選地，所述視向速度測量的系外行星天基高精度探測系統(tǒng)同樣適用于系外行星地基高精度探測。
本發(fā)明還提供一種視向速度測量的系外行星天基高精度探測方法，其特征在于，其包括以下步驟：
步驟一，待觀測寄宿行星與待觀測宿主恒星由于引力形成相對運動；
步驟二，觀測宿主恒星發(fā)出的光經前端光學系統(tǒng)(如望遠鏡)收集及處理后進入入射光調整模塊；
步驟三，入射光調整模塊對入射光進行準直；
步驟四，定差干涉與色散模塊對準直后的入射光進行分光、反射、干涉、色散；
步驟五，定差干涉與色散模塊由兩個反射鏡、分光鏡、光柵組成；
步驟六，入射的宿主恒星光經分光鏡分光形成兩束，分別入射到兩個反射鏡上反射，再次經過分光鏡匯合，形成干涉，然后經光柵色散；
步驟七，圖像采集與數據處理模塊，接收定差干涉與色散模塊的出射光，進行圖像采集和數據處理；圖像采集與數據處理模塊包含探測器和數據處理器；
步驟八，探測器對干涉條紋進行采集，并將采集的信息傳送給數據處理器；
步驟九，數據處理器對獲取的信號進行處理，解算速度信息。
本發(fā)明的積極進步效果在于：本發(fā)明采用定差干涉式視向速度測量技術的系外行星天基高精度探測方法，由于采取上述的原理方案，利用定差干涉技術，設置固定光程差，實現待測速度到相位的轉化；利用光柵的色散特性，將不同色光的干涉條紋進行空間分散；利用干涉條紋的變化獲取相位變化信息，從而解算視向速度信息，完成宿主恒星的觀測，通過解算可實現寄宿行星的觀測。本發(fā)明采用定差干涉式視向速度測量技術，結合定差干涉技術和光柵色散原理進行光譜分析，可實現高精度的視向速度測量，從而實現系外行星的探測。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的原理示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖給出本發(fā)明較佳實施例，以詳細說明本發(fā)明的技術方案。
如圖1所示，本發(fā)明視向速度測量的系外行星天基高精度探測系統(tǒng)包括入射光調整模塊3、定差干涉與色散模塊4、圖像采集與數據處理模塊8，入射光調整模塊3用于對入射的一個待觀測宿主恒星2發(fā)出的光進行準直；定差干涉與色散模塊4包括兩個反射鏡5、一個分光鏡6和一個光柵7組成，定差干涉與色散模塊4通過分光鏡6入射的宿主恒星光分成兩束光，分別入射到兩個反射鏡5上反射，再次經過分光鏡6匯合，形成干涉，然后干涉光經過光柵7進行色散；圖像采集與數據處理模塊8包括探測器9和數據處理器10，圖像采集與數據處理模塊8用于接收定差干涉與色散模塊4的出射光，由探測器9對干涉條紋進行采集，并將獲得的信息傳送給數據處理器10，數據處理器10結合一個待觀測寄宿行星1和待觀測宿主恒星2由于引力作用所形成的周期性運動關系對獲取的信號進行處理，解算視向速度信息。
視向速度測量的系外行星天基高精度探測系統(tǒng)同樣適用于系外行星地基高精度探測。
本發(fā)明還提供一種視向速度測量的系外行星天基高精度探測方法，包括以下步驟：
步驟一，待觀測寄宿行星1與待觀測宿主恒星2由于引力形成相對運動；
步驟二，觀測宿主恒星2發(fā)出的光經前端光學系統(tǒng)(如望遠鏡)收集及處理后進入入射光調整模塊3；
步驟三，入射光調整模塊3對入射光進行準直；
步驟四，定差干涉與色散模塊4對準直后的入射光進行分光、反射、干涉、色散；
步驟五，定差干涉與色散模塊4由兩個反射鏡5、分光鏡6、光柵7組成；
步驟六，入射的宿主恒星光經分光鏡6分光形成兩束，分別入射到兩個反射鏡5上反射，再次經過分光鏡6匯合，形成干涉，然后經光柵7色散；
步驟七，圖像采集與數據處理模塊8，接收定差干涉與色散模塊4的出射光，進行圖像采集和數據處理；圖像采集與數據處理模塊8包含探測器9和數據處理器10；
步驟八，探測器9對干涉條紋進行采集，并將采集的信息傳送給數據處理器10；
步驟九，數據處理器10對獲取的信號進行處理，解算速度信息。
本發(fā)明的工作原理如下：本發(fā)明的目的在于提供一種采用定差干涉式視向速度測量技術的系外行星天基高精度探測系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用定差干涉與光柵色散光譜分析原理，觀測宿主恒星的光譜變化，測量宿主恒星的視向速度信息，從而實現系外行星的觀測。利用本發(fā)明，可精確測量宿主恒星的光譜多普勒變化，測算宿主恒星的視向速度，實現系外行星的天基高精度探測。
為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明為解決其技術問題所采用的技術方案是提供采用定差干涉式視向速度測量技術的系外行星天基高精度探測系統(tǒng)，其具體流程如下：
(1)按功能劃分為入射光調整模塊、定差干涉模塊、色散模塊、圖像采集與數據處理模塊。
(2)目標宿主恒星作為光源，其發(fā)出的光經入射光調整模塊調整后進入后續(xù)的定差干涉模塊。
(3)定差干涉與色散模塊對入射光進行調整，形成干涉條紋，并對條紋進行色散形成空間分離。宿主恒星由于多普勒效應，其光譜會周期性產生紅移、藍移交替，觀測的干涉條紋將產生漂移，體現為相位漂移。
(4)圖像采集與數據處理模塊對色散后的干涉條紋進行成像采集；視向速度的周期性變化導致干涉條紋的周期性相變，通過條紋的變化解算相位變化量，從而解算宿主恒星相的視向速度。
(5)對視向速度觀測數據的擬合，可以得到宿主恒星的視向速度振幅、變化周期、軌道相關信息，通過行星與宿主恒星的引力作用關系可得到行星的信息。
本發(fā)明提出的采用定差干涉式視向速度測量技術的系外行星天基高精度探測系統(tǒng)基于以下原理提出，其具體包含：
一，光譜多普勒效應。目標光源與觀測者存在相對速度時，觀測到的光譜將產生多普勒效應，產生紅移或藍移。當視向速度為v時，觀測到的恒星光波長由λ變?yōu)棣恕洌瑑烧哧P系為λ′=(c+v)·λ/c。
二，定差干涉技術。利用定差干涉結構，設置兩干涉臂長度相差為Δd。光程差Δd與相位的關系為光譜頻移前后，視向速度變化量與相位變化關系為
三，恒星與行星。目標宿主恒星與其寄宿行星間由于引力作用形成周期性運動。運動的速度及變化程度與宿主恒星、寄宿行星直接相關。
本發(fā)明采用定差干涉式視向速度測量技術的系外行星天基高精度探測系統(tǒng)，采取上述的原理方案，利用定差干涉技術，設置固定光程差，實現待測速度到相位的轉化；利用光柵的色散特性，將不同色光的干涉條紋進行空間分散；利用干涉條紋的變化獲取相位變化信息，從而解算視向速度信息，完成宿主恒星的觀測，通過解算可實現寄宿行星的觀測。
綜上所述，本發(fā)明中所涉及的采用定差干涉式視向速度測量技術，結合定差干涉技術和光柵色散原理進行光譜分析，可實現高精度的視向速度測量，從而實現系外行星的探測。
以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的解決的技術問題、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。