变扩展度目标波前探测是自适应光学应用于目标识别、激光大气传输、目标成像、激光通信等领域面临的一项技术挑战，在这些领域的工程应用中，采用相关哈特曼波前探测器对畸变波前的相位信息进行实时测量，有助于自适应光学系统获得良好的波前校正效果，实现成像质量优化与光束质量提升。作为自适应光学系统的“眼睛”，波前探测器的探测精度直接影响自适应光学系统校正能力。一方面，变扩展度目标的扩展度、对比度以及探测系统参数（如微透镜焦距）在实际应用中经常发生变化，因此研究这些变化因素对相关哈特曼波前探测器探测精度的影响，并分析它们与探测精度间的内在物理关系显得尤为必要；另一方面，由于这些因素的限制，使得变扩展目标波前探测技术在应用中受到掣肘，需要从其内在的物理原因出发，寻求提升变扩展度目标波前探测精度的方法。因此，本论文开展基于相关哈特曼的变扩展度目标波前探测技术研究，围绕变扩展度目标波前探测精度问题，从变扩展度目标波前探测影响因素、波前探测的质心计算方法和波前复原算法等方面展开研究分析，获得了扩展度、对比度、系统参数等因素变化与波前探测精度的关系，提出了变扩展度目标波前探测精度的改进方法，实现探测精度的提升。

本文首先介绍了变扩展度目标波前探测中所使用的质心计算方法(归一化互相关算法)和波前复原算法(模式法)，仿真分析了扩展度变化(目标距离、姿态变化)、对比度变化以及微透镜焦距变化与波前复原精度之间的关系，并阐述了这些因素的变化如何对波前复原精度产生影响，最终通过数值仿真得出了扩展度越大，波前复原精度越低；对比度越低，复原精度越低；微透镜焦距越大，复原精度越低的结论。

接着，针对提高变扩展度目标波前探测精度的问题，提出了调整参考图像模板参数和图像边缘提取处理的方法。参考图像的参数能够直接影响变扩展度目标的质心计算精度，通过调整模板参数和边缘提取的手段，使得参考图像与实际图像的相关函数值更加精确的反映质心位置，并利用仿真和实验证明了这两种方法的有效性。

最后，搭建了基于相关哈特曼的变扩展度目标波前探测实验平台，对同一像差板带来的波前像差在不同扩展度目标条件下，进行了波前探测实验。实验结果表明：其一，在目标扩展度变大的过程中，波前复原误差受其影响同样会增大；其二，本文提出的调整模板参数和边缘提取方法，能够在一定程度上提高波前探测精度。

变扩展度目标波前探测是自适应光学应用于目标识别、激光大气传输、目标成像、激光通信等领域面临的一项技术挑战，在这些领域的工程应用中，采用相关哈特曼波前探测器对畸变波前的相位信息进行实时测量，有助于自适应光学系统获得良好的波前校正效果，实现成像质量优化与光束质量提升。作为自适应光学系统的“眼睛”，波前探测器的探测精度直接影响自适应光学系统校正能力。一方面，变扩展度目标的扩展度、对比度以及探测系统参数（如微透镜焦距）在实际应用中经常发生变化，因此研究这些变化因素对相关哈特曼波前探测器探测精度的影响，并分析它们与探测精度间的内在物理关系显得尤为必要；另一方面，由于这些因素的限制，使得变扩展目标波前探测技术在应用中受到掣肘，需要从其内在的物理原因出发，寻求提升变扩展度目标波前探测精度的方法。因此，本论文开展基于相关哈特曼的变扩展度目标波前探测技术研究，围绕变扩展度目标波前探测精度问题，从变扩展度目标波前探测影响因素、波前探测的质心计算方法和波前复原算法等方面展开研究分析，获得了扩展度、对比度、系统参数等因素变化与波前探测精度的关系，提出了变扩展度目标波前探测精度的改进方法，实现探测精度的提升。

本文首先介绍了变扩展度目标波前探测中所使用的质心计算方法(归一化互相关算法)和波前复原算法(模式法)，仿真分析了扩展度变化(目标距离、姿态变化)、对比度变化以及微透镜焦距变化与波前复原精度之间的关系，并阐述了这些因素的变化如何对波前复原精度产生影响，最终通过数值仿真得出了扩展度越大，波前复原精度越低；对比度越低，复原精度越低；微透镜焦距越大，复原精度越低的结论。

接着，针对提高变扩展度目标波前探测精度的问题，提出了调整参考图像模板参数和图像边缘提取处理的方法。参考图像的参数能够直接影响变扩展度目标的质心计算精度，通过调整模板参数和边缘提取的手段，使得参考图像与实际图像的相关函数值更加精确的反映质心位置，并利用仿真和实验证明了这两种方法的有效性。

最后，搭建了基于相关哈特曼的变扩展度目标波前探测实验平台，对同一像差板带来的波前像差在不同扩展度目标条件下，进行了波前探测实验。实验结果表明：其一，在目标扩展度变大的过程中，波前复原误差受其影响同样会增大；其二，本文提出的调整模板参数和边缘提取方法，能够在一定程度上提高波前探测精度。