2.16m望远镜红外自适应光学系统的误差和性能分析

在自适应光学系统中，波前探测器的噪声、未完全补偿湍流所引起的误差以及变形镜的拟合误差是主要的误差源．本文针对已经建立的2．16m望远镜红外自适应光学系统，从伺服控制系统的角度分析了该系统的闭环噪声、大气湍流引起的误差以及该系统的闭环总体误差．该系统的闭环总体误差是光强及系统闭环带宽的函数．本文还分析了该系统的有效性以及对大气湍流不同改善程度情况下光强与闭环带宽的关系．并在此基础上给出了该系统的最佳带宽选取及系统的极限工作星等．     

基于自然导引星的自适应光学系统非等晕性分析

采用波前各阶zernike成分孔径滤波函数方法,推导了当观测目标与信标不在同一方向时所产生的非等晕误差的表达式,同时利用该表达式进行了对自适应光学系统倾斜校正后的波前残余误差数值模拟.此外还首次对天文干涉仪中大气湍流活塞效应引起的活塞角非等晕误差进行了研究分析,为以后实际利用自适应光学校正工作提供理论参考.     

基于PCl-Express高速图像采集卡对扩展源大气倾斜量的实时补偿

为能够实时补偿大气湍流对月球激光测距带来的渡前倾斜量误差,采用相关跟踪自适应光学系统,并根据其大计算量、高实时性的要求,创新地设计了基于PCI-Express高速图像采集卡及其硬实时操作系统驱动程序,完成对扩展源目标大气倾斜量的实时补偿.详细介绍了整体系统的软硬件设计,给出了一种PCI-Express高速图像采集卡设计结果及其RTAI实时驱动程序的软件设计结果,完成了进一步提高图像传输速度,减小相关跟踪系统系统延迟,提高系统响应带宽的目标,最终实现了图像数据的实时传输(≤28 μS)及波前倾斜量的实时补偿(≤348 μS).     

光学系统参数确定带宽约束的天文图像盲反卷积

大气湍流极大限制了地基大口径望远镜观测天文目标图像的空间分辨率.根据最大似然估计原理,提出了用实际光学带宽约束的可有效减小天文观测图像中大气湍流影响的盲反卷积方法,通过共轭梯度优化算法使卷积误差函数趋向最小.建立了望远镜光学系统参数和图像频域带宽的关系,采用变量正性约束、点扩散函数带宽有限约束,提高算法的收敛性.为避免图像处理中有效傅立叶变换频率超出截止频率,要求采集望远镜焦面图像时单个成像单元(如CCD像素单元)应小于四分之一衍射斑直径.算法中未用目标支持域约束,所提出的方法适用于全视场天文图像恢复.用计算机模拟和对实际天文目标双鱼座图像数据的恢复结果验证了所提出方法的有效性.     

基于帧选择和多帧降质图像盲解卷积的自适应光学图像恢复

自适应光学系统受观测条件与自身条件的限制,通常只能对受大气湍流影响的降质图像进行部分校正.提出一种基于帧选择与多帧降质图像盲解卷积的事后处理方法进行自适应光学图像高分辨力恢复.该方法通过帧选择技术筛选出合适的多帧降质图像参与迭代盲解卷积运算,不需要除正性限制外的任何先验知识,并已应用于云南天文台1.2m望远镜61单元自适应光学系统所观测到的星体目标图像恢复中.实验结果表明:该方法可以有效补偿自适应光学系统校正残差对图像的影响,恢复出达到衍射极限的图像.     

上海天文台佘山站光学和红外天文观测条件的研究

本以大气湍流理论为基础，对上海天台佘山站大气相干长度进行了实测，结果约为6厘米。同时利用两年的高空气气象资料分析了上海地区大气湍流特性，计算了水汽含量，对该地区光学和红外天了初步的定量研究，认为该地区可见光观测的最佳时机是夏秋季节，近红外波段的天观测变是可行的。     

太阳表面米粒结构观测对比度分析

分析以观测系统焦面上和探测器测到的太阳表面米粒结构的对比度与观测系统口径，大气湍流相干长度以及系统探测灵敏度的关系，给出了不同口径，不同大气湍流相干长度以及不同系统探测灵敏度时的米粒结构对比值计算结果，此外还给出了实验结果。     

大气湍流理论的进展及其天文学意义(英)

传统的大气湍流理论始于大约30年前．湍流理论的发展使得天文学家对大气湍流对天文观测的影响有了很好的认识，尤其是它为天文台选址和天文高分辨率技术提供了基础．近年来新的天文观测已对传统的大气湍流理论提出了挑战，并可能给地面天文观测带来一场革命．在回顾了大气湍流理论的发展历史后对传统大气湍流理论的基本特性及其应用作了系统的综述，并介绍了新的天文观测事实以及为此而提出的新的大气湍流理论模型．     

大气湍流理论的进展及其天文学意义

传统的大气湍流理论始于大约３０年前。湍流理论的发展使得天文学家对大气湍流对天文观测的影响有了很好的认识，尤其是它为天文台选址和天文高分辨率技术提供了基础。近年来新的天文观测对已传统的大气湍流理论提出了挑战，并可能给地面天文观测带来一场革命。在回顾了大气湍流理论的发展历史后对传统大气湍流理论的基本特性及其应用作了系统的综述，并介绍了新的天文观测事实以及为此而提出的新的大气湍流理论模型。     

月球激光测距的新技术方法研究

月球激光测距是国内外所瞩目的宏伟目标，代表着单光子探测技术的高峰。本论文的目的是探索提高激光测月回波光子数的新方法，进而增加激光测月成功的几率。其思路是源于一个新的想法：在激光测月过程中引入大气波前倾斜量实时补偿的技术。首先介绍激光测月的现状和其难度所在：回波光子数太少，基本上属于亚光子探测范畴。在现有技术条件下，本文对影响激光测月回波光子数的因素逐一进行分析讨论，提出应该把激光束截面能量分布和大气湍流效应包括进去。为此分析讨论了大气湍流和大气中光场的基本统计性质、激光束在大气中传输时所受大气湍流的影响以及大气湍流对激光测距的影响，得出大气湍流特别对激光测月有着明显影响的结论。在此基础上对传统的激光测距方程进行了修正，使其应用到激光测月时更符合真实的情况，从而指导补偿的进行。涉及到在激光测月中对受大气湍流而畸变的激光束进行补偿，本文抓住重点，通过分析看出对大气倾斜量的实时补偿是提高激光测月回波光子数的重要因素。结合激光测月以及云南天文台现有测距系统的实际情况，本文独创性地提出利用激光测月目标近旁一定大小区域的扩展面源探测与计算大气倾斜量，然后对激光测月中的激光束进行大气倾斜量实时补偿的新技术方法。在分析比较各种从低对比度扩展源中计算大气倾斜量的算法后，本文认为采用绝对差分法最佳。最后是具体的激光测月的新技术方案，同时对此方法的理论与技术进行了分析讨论，推导出新技术方法的理论依据、补偿效果、可行性与实用性。     

发现土卫六中纬度特征

美国一个天文学家小组用北双子和凯克Ⅱ望远镜上的自适应光学系统拍摄的图像,发现土卫六中纬度有大气扰动现象。加州理工大学Henry Roe说,我们很幸运在第一时间捕捉到它们。引起土卫六大气扰动的原因还不能确定。一些天文学家提出有可能是土卫六表面的甲烷     

月球激光测距的新技术方法研究

月球激光测距是国内外所瞩目的宏伟目标 ,代表着单光子探测技术的高峰。本论文的目的是探索提高激光测月回波光子数的新方法 ,进而增加激光测月成功的几率。其思路是源于一个新的想法 :在激光测月过程中引入大气波前倾斜量实时补偿的技术。首先介绍激光测月的现状和其难度所在 :回波光子数太少 ,基本上属于亚光子探测范畴。在现有技术条件下 ,本文对影响激光测月回波光子数的因素逐一进行分析讨论 ,提出应该把激光束截面能量分布和大气湍流效应包括进去。为此分析讨论了大气湍流和大气中光场的基本统计性质、激光束在大气中传输时所受大气湍流的影响以及大气湍流对激光测距的影响 ,得出大气湍流特别对激光测月有着明显影响的结论。在此基础上对传统的激光测距方程进行了修正 ,使其应用到激光测月时更符合真实的情况 ,从而指导补偿的进行。涉及到在激光测月中对受大气湍流而畸变的激光束进行补偿 ,本文抓住重点 ,通过分析看出对大气倾斜量的实时补偿是提高激光测月回波光子数的重要因素。结合激光测月以及云南天文台现有测距系统的实际情况 ,本文独创性地提出利用激光测月目标近旁一定大小区域的扩展面源探测与计算大气倾斜量 ,然后对激光测月中的激光束进行大气倾斜量实时补偿的新技术方法。在分析比较     

丽江观测站1.8米望远镜自适应光学系统性能初步理论估计

为了探讨丽江1.8 m自适应光学望远镜在天文或天体物理研究领域的可能应用,使用误差基本标度理论对其性能进行了初步的理论分析。结果表明,一般观测条件下,系统分辨力可以达到近似衍射极限。同时对在其上配置激光导星系统后可获得的性能进行了预测,结果表明,激光导星自适应光学系统将大幅度提高系统的天空覆盖率。     

丽江观测站1.8米望远镜自适应光学系统性能初步理论估计

为了探讨丽江1.8m自适应光学望远镜在天文或天体物理研究领域的可能应用,使用误差基本标度理论对其性能进行了初步的理论分析.结果表明,一般观测条件下,系统分辨力可以达到近似衍射极限.同时对在其上配置激光导星系统后可获得的性能进行了预测,结果表明,激光导星自适应光学系统将大幅度提高系统的天空覆盖率.     

实测中激光测距方程的完善

考虑望远镜存在跟踪随机抖动及大气湍流引起的光斑抖动等因素,推导出新的激光测距方程。采用数值模拟的计算方法,研究分析激光发散角、望远镜跟踪随机抖动和大气湍流引起的光斑抖动对回波强度的影响,得出望远镜跟踪抖动及激光发散角是影响测距系统性能的重要因素。     

星像抖动的时域频谱

本顾及湍流外尺度的影响导出了星像抖动频谱的普遍表达式，在均匀光路的情况下得到了分析表达式。理论结果与实验数据相当一致，同时讨论了测量星像抖动所需要的频带宽度以及有限带宽所产生的测量误差。     

空间太阳望远镜中相关跟踪器计算单元设计

空间太阳望远镜的主光学望远镜具有1m口径,在设计上空间分辨率达到0.1″的衍射极限. 利用相关跟踪器可以稳定图像输出,使望远镜在长时间曝光下仍能保持高分辨率.国内外开展相关跟踪技术的研究很多,但由于软硬件条件的局限,无法获得高速的相关处理器,使得闭环系统的误差带宽局限于30Hz左右,本文介绍一种基于FPGA的快速相关处理器,使得闭环系统延迟在0.3ms以内, 可以实现理论上的100Hz的闭环带宽,满足了空间太阳望远镜的系统需求.     

微温传感器测量近地面大气湍流分布的建议

根据大气湍流温度结构函数的基本定律，推导了用于测量近地面大气湍流强度分布以及对天文视宁度贡献的关系式；提出了进行该项测量的具体方案以及数据处理过程。     

恒星干涉仪中的高速倾斜镜应用研究

在恒星干涉仪中,高速倾斜镜(Fast-steering mirror,FSM)因分辨率高、响应频率快等特点被广泛应用于校正大气湍流、仪器内部振动等引起的波前倾斜.一方面,针对倾斜镜本身在加工、装调中引入的镜面与触动器偏转轴不共面等误差进行系统分析,通过数值方法研究了上述因素在倾斜镜工作时产生的附加光程差(Optical Path Difference,OPD),并讨论了该光程差对恒星干涉仪条纹跟踪精度的影响;另一方面,两臂光束之间的平行度误差是造成干涉条纹可见度损失的主要因素之一,通过分析大气扰动引起的波前倾斜对条纹可见度的影响,提出了一种基于单一阵列探测器、简单高效的星光平行度实时校正方案,并结合室内实验论证了该方案的可行性.实验结果表明:经高速倾斜镜校正后的星光方向平行度初步满足了恒星干涉仪系统对波前倾斜的需求.     

一种对分离星点目标清晰成像的方法

提出了一种能克服大气湍流影响、对点目标清晰成像的方法,并将该方法成功应用到对分离星点组成的天文目标的模拟成像实验中.首先,在望远镜像面利用视场光阑选中单个星点目标,利用类Ptychography方法恢复出星点像场的频谱信息;其次,由于大气湍流的高斯随机特性,所选单星目标的频谱估计值可以通过叠加一系列在不同大气湍流下所恢复的频谱场而得到;然后,通过对单星目标的频谱估计做逆傅里叶变换得到该星点目标的清晰图像;最后,通过拼接每个单星目标的清晰成像得到分离星点组成的天文目标的清晰成像.模拟实验结果表明,该方法简单、高效、抗噪声能力强.