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.     

恒星干涉仪星光方向矫正伺服系统

恒星干涉仪的关键技术之一是用自适应光学技术来调节两相干光束之间的夹角,以保证干涉条纹可见度的损失最小。在我们的恒星干涉仪实验系统中,光束方向矫正系统就是为这一目的而研制的．该系统中的光子计数系统和8098单板机的软、硬件组成了补偿光束方向随大气扰动而变的系统．文章介绍了该伺服系统以及在实验系统联调时的试验结果。     

基于精密光程差调制的时域干涉信号闭合相位检测方法研究

闭合相位法是实现长基线恒星光干涉高分辨成像的重要技术手段之一,获得精确的闭合相位信息是进行光干涉图像重构的先决条件.提出一种基于精密光程差调制的时域干涉信号闭合相位检测方法,在3路干涉臂上进行非冗余精密光程调制,并通过多次干涉测量结合数据拟合的方法消除光程差调制中存在的正弦误差,使得光程调制的精度达到20 nm以内.引入高速探测器件提升时域干涉信号的采样频率,对探测器上获得的时域干涉信号进行傅立叶变换处理,获得3路干涉臂精确的闭合相位信息.室内实验结果表明,基于精密光程调制的时域信号闭合相位计算精度可以达到1/50波长以内.     

光学综合孔径望远镜光程探测方法研究

光干涉技术需要对光程差进行精确的补偿和控制,因此光程差的精确探测尤为重要。主要针对色散条纹法在光程差探测中的应用进行讨论,通过理论分析、仿真计算和实验,验证了在一个波长范围内的光程差与色散干涉条纹纵向光强峰值偏移量之间存在线性关系。分析实验获得的白光色散干涉条纹数据发现,理论计算预测值有一定的偏差,通过对实验系统中各主要误差源进行分析发现,分光棱镜在运动过程中引入的俯仰起伏是导致实验误差的主要原因。     

1m新真空太阳望远镜成像系统观测数据干涉条纹特性分析及消除方法

抚仙湖1 m新真空太阳望远镜(New Vacuum Solar Telescope,简称NVST)是我国新一代地基太阳观测设备之一,其中Hα成像系统是进行太阳色球观测的主要终端.实测Hα观测数据(特别是偏带观测数据)中明显存在由薄膜干涉引起的等厚条纹,而常规平场校正有时无法将其消除,并在后期图像高分辨率重建过程中造成严重影响.为了解决这个问题,利用连续4 h的Hα偏带观测数据对干涉条纹的空间和时间分布特性做了分析并发现:干涉条纹的间距或二维空间分布样式随时间固定不变,但条纹的强度随时间变化明显(4 h左右可见度增加9倍),是导致常规平场校正无法将其消除的主要原因.由此推断造成上述时变特性的主要原因是观测过程中入射光的强度以及入射光与CCD靶面位置的相对角度随时间发生了变化,而且产生条纹的薄膜结构与靶面位置距离较近.尝试了两种降低条纹可见度的方法.首先对探测器(pco.4000型CCD)光敏介质的前封窗进行了改造,通过改造前封窗楔角至2?的方案来调制条纹间距至CCD像元尺度,改造之后小范围视场内可识别出可见度仅为0.6%的少量干涉条纹.其次基于图像滤波技术提取干涉条纹图样并生成所谓条纹平场,分别采用和比较了频域傅里叶变换滤波和空域中值滤波两种方法,结果基本相同.观测数据再次进行条纹平场校正之后,条纹消除效果明显:可见度可降低8倍左右(即由之前的4.7%降低为0.6%以下).同时也指出多幅图像的积分(累加)可以有效降低精细太阳结构在条纹平场提取中的影响,并给出累加时间的经验值约为20 min.     

基于四棱锥传感器的波前检测仿真设计

波前检测是天文望远镜自适应光学中的重要环节。四棱锥作为一种新型的波前检测元件,与其他传统的波前传感器相比,具有较高的灵敏度。特别是对于光干涉或拼接镜面望远镜而言,四棱锥波前传感器能够被用来检测子望远镜或子镜面之间的相对光程差,从而为干涉(或共相)的实现提供有效的检测信号。在分析四棱锥波前检测原理的基础上,阐述了单孔径条件下波前倾斜检测及双孔径干涉条件下相对光程差检测的软件仿真设计和阶段性成果,并简述了下一阶段的研究计划。     

两镜拼接主动光学子镜位姿调整方法研究

建立一个两镜系统用于模拟拼接镜面中各子镜面的相对位姿关系。提出采用相邻子镜边缘安装边缘传感器和设置倾斜传感器相结合的方法对子镜倾斜(tip/tilt)及轴向平移(Piston)3个自由度进行检测的位姿检测方法。采用理论控制矩阵和实测控制矩阵进行主动校正实验,实验结果表明:理论控制矩阵校正时,边缘传感器均方根误差不大于7.4 nm,倾斜均方根误差不大于0.080″;实测控制矩阵校正时,边缘传感器均方根误差不大于7.3 nm,倾斜均方根误差不大于0.076″。研究结果可为环型拼接主动光学子镜间相对位置自由度探测不足的问题提供参考解决途径。     

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).     

一种基于傅里叶变换和图像二值化阈值遍历的干涉条纹角度计算方法

消除综合孔径望远镜子孔径之间的相对光程差是实现高分辨率干涉成像的前提条件,条纹检测法是一种检测相对光程差的有效办法。因子孔径的空间位置排布使干涉条纹具有一定的方向性,若不能精确获知干涉条纹的角度,则无法沿条纹的法线方向行采样,进而无法根据对比度变化曲线的最大值获得子孔径之间的最小光程差位置。提出了一种基于傅里叶变换和图像二值化阈值遍历的获得干涉条纹角度的方法,首先介绍了算法的基本原理,其次通过对条纹角度为43°的仿真数据进行算法验证得到的角度为43.007 8°,与理论值的误差为0.018%,证实了方法的可行性。最后对比了未旋转相机和旋转相机两种情况下的条纹对比度变化曲线,可知通过旋转相机使条纹转至相机靶面纵轴方向再进行采样的办法,更有利于精确得到相对光程差的最小位置。     

国际学术研究成果介绍 一、恒星大气中谱线的形成

Ⅰ.恒星大气中形成吸收線的机构 1.发射现象的重要性我们首先研究一下,吸收線在恒星大气中形成和在实验室中形成的区别。在实验室中,我们将准备进行研究的吸收介质置放在一个可以避免辐射再发射的长管中。被吸收的辐射量dI_v和入射强度I_v,以及光程畏度dS成正比,即     

一种基于RTAI实时操作系统的相关跟踪处理机

引入倾斜校正自适应光学技术到月球激光测距中,详细介绍了倾斜校正自适应光学的相关跟踪原理,给出了一种基于实时操作系统RTAI的相关跟踪波前处理机的设计结果.该波前处理机采用绝对差分算法,使用通用CPU,基于Linux硬实时扩展系统BTAI实现对波前的实时处理.实验结果证明,它的相关跟踪处理帧频为1 KHz,并且具有集成度...     

Heiles星光偏振源表的距离更正

星光偏振是研究星际介质磁场的有力工具之一.Heiles源表收集了9286颗恒星的偏振信息,是目前最大的光学波段星光偏振源表,被广泛使用.但该表中恒星的距离参数是以前的测光距离,很不确定.把Heiles源表和Gaia第2次数据释放(DR2)源表进行交叉证认,以位置和星等作为判据,匹配了7613颗恒星,并获得了这些恒星的三角视差距离和误差,超过90%的恒星距离相对误差小于20%.基于新的距离,展示了星光偏振在银河系内的分布并讨论了可能的应用.     

基于傅里叶变换色散条纹法的实验研究

光干涉要求实现各光路共相位叠加,对于宽波带的白光干涉要求更加苛刻。因此,要实现稳定的白光光干涉需要对光程进行实时探测和控制。对基于傅里叶变换的色散条纹法进行了理论推导、算法设计,并利用实验室建立的Fizeau型干涉实验装置开展开环、闭环实验研究。在开环实验中,采集不同光程差的多幅色散条纹图像研究了图像频谱次峰偏移量和光程差的关系,结果显示,偏移量与光程差之间呈现良好的线性关系。在闭环实验中,利用光程差的实时计算结果和光程补偿机构对光程差进行闭环控制,结果显示,在外加扰动的情况下,系统能够始终保持在初始的干涉状态。     

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，本针对已经建立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的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     

宽波段傅里叶变换太阳光谱仪等光程差采样系统设计

太阳成像光谱探测是诊断太阳大气磁场和热力学参数的主要手段. 傅里叶变换太阳光谱仪(Fourier Transform Solar Spectrometer, FTSS)具有宽波段的优势, 是当前中红外高分辨率太阳光谱探测的最佳选择. FTSS通过采集目标辐射等光程差干涉图, 反演获得光谱图, 等光程差采样的间隔决定了反演光谱波长范围. 因此从FTSS宽波段光谱观测对不同等光程差采样间隔需求出发, 基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)技术, 采用全数字分频、倍频方案, 设计了一套宽波段FTSS等光程差采样系统. 采用分布式余数补偿方法, 有效解决了在参考激光干涉信号倍频过程中, 输出采样信号在输出信号周期间误差累积问题, 并降低了输出采样信号的误差及非均匀性; 经功能仿真及实验测试, 系统在200Hz--50kHz频率范围内, 频率误差delta $<$ 0.04%, 可有效满足FTSS的300nm--25μm宽波段的光谱观测数据采集需求, 为后续可见和红外波段FTSS的研制奠定了技术基础.     

自适应光学应用于月球激光测距中视场旋转对大气波前倾斜量提取的影响

自适应光学技术应用于月球激光测距试验中需要实时针对月面扩展源进行大气波前倾斜量的提取,望远镜在跟踪月亮的过程中存在月面本身相对望远镜的物方视场的旋转以及望远镜自身的运动所引起的像方视场的旋转,本文讨论了望远镜物方视场及像方视场旋转的规律以及其对大气波前倾斜量提取的影响。     

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．     

激光球波面干涉仪在天文光学中的应用

本文叙述了用氦氖气体激光管做为光源的干涉仪光路原理、使用方法、注意事项及在天文光学镜面制造中的应用.该仪器现在专用来检验张角≤1:3的会聚球波面的完善性.因此可以用来无接触的直接检验任意口径的镀铝或未镀铝的凹球面镜;加入辅助镜后可以检验平面镜、天文望远镜用的各种非球面镜、介质(如光学玻璃)的均匀性、光学系统的质量、光轴校正及安装变形情况;也可给出物镜对于现用激光波长(6328)的波面差及测出某些象差.     

一种激光导引星自适应光学系统中激光上行到达角起伏测量方法的研究

激光导引星波前倾斜测量问题是限制自适应光学技术在天文领域广泛应用的关键问题之一。测量并改正激光上行到达角起伏是解决这一问题的有效方法。提出一种基于统计平均算法而不依赖自然导引星和辅助望远镜的测量方法,可以有效地测量出激光上行到达角起伏。利用具有子孔径阵列的哈特曼波前传感器对激光信标进行探测,选择部分子孔径进行倾斜量的统计平均以获得激光上行到达角起伏。仿真了统计平均算法的误差随子孔径数量的变化关系。结果表明,最小算法误差相对于望远镜全口径倾斜误差的下降比例与大气相干长度无关,而与望远镜口径有关。望远镜口径越大,算法误差相对于全口径倾斜误差下降越多。当望远镜口径为10 m时,最小算法误差下降为望远镜全口径倾斜误差的33%。     

环焦天线口径面相位分析

环焦天线具有特殊的电磁特性和应用领域.对环焦天线的口径面相位误差进行了理论和仿真分析,推导了馈源和副面位置偏差引起的相位误差、主副面之间的补偿关系以及全息测量中天线转动引起的光程差.研究结果将对环焦天线的精确面形测量和补偿提供理论依据和参考.