NVST终端仪器消旋平台载荷形变研究

研究了1 m新真空太阳望远镜(New Vacuum Solar Telescope,NVST)终端仪器消旋平台上平台的载荷形变情况。利用检测激光光斑在CCD探测器上的位移探测微小的形变。实验时,激光光源固定在稳定区域指向被测区域CCD探测器。通过质心算法计算CCD探测器靶面光斑质心数据,质心的变化量反映测量被测区域的形变量,仅研究重力方向的形变。通过多组实验及ANSYS仿真发现:上平台的3个悬臂边缘位置在旋转至80°~200°区域出现的正、反转重力方向形变的明显不一致问题很大程度由驱动平面和轴承定位平面不一致及正、反转滚轮组不严格指向转台中心两个因素共同作用引起;3个悬臂中,一个悬臂在多个转动区域形变明显且对载荷敏感,一个悬臂部分区域对载荷敏感,均主要由于其与转台中心连接刚度较差引起。     

大芯径光纤出射环形斑谱线分析

光纤光谱的效率损失主要来源之一是光纤的焦比退化,并且往往还在光谱成像时因焦比退化产生环形出射斑,从而使得光纤传输效率降低,并影响色散之后的谱线轮廓。实验获取郭守敬望远镜调试阶段的大芯径光纤因焦比退化产生的出射环型斑貌,结合CCD光谱图像特点实施轮廓拟合抽谱方法,把二维CCD光谱图像转换成一维光谱,选取望远镜红端数据进行模拟,采样点在500~600 nm波段范围,在该波段中有铁的发射线。通过与获得的环形斑轮廓卷积研究焦比变化对铁发射线峰的影响。最后,正确阐明在正式巡天观测时主镜前悬挂平场漫反射屏消除环形斑引发的偏差的效果。     

漫反射卫星激光测距的地面模拟研究

激光测距是研究地球动力学、大气动力学、地球物理学等众多学科的一种技术手段.本文的目的是基于卫星激光测距, 试探观测不带后向反射器的卫星.主要是从理论和实验两方面出发,预测用多大的激光出射能量,能探测到多远距离的卫星, 当然这与所采用的激光器光束参数有关.文章从传统激光测距入手,提出了理论推导、实验方法、实际预测的漫反射激光测距方法.     

2.4米望远镜天体测量试验

利用文[1]提出的方法,求解出云南天文台丽江观测站2.4m望远镜CCD图像中的几何扭曲模型.将求解的模型应用到同期观测所得Phoebe(土卫九)的116幅CCD图像表明:扣除视场几何扭曲的影响后,该卫星定位精度明显提高.土卫九天体测量精度在每个方向约为0."02～0."03.     

高精度恒星孔径测光注释

详细介绍了利用孔径测光方法得到CCD图像中恒星仪器星等的全过程,以及使用自己设计的程序对云南天文台1m望远镜观测的CCD图像进行实际测量的实验。测量结果表明:对亮星(约10mag)的内部测量精度能达到0.003mag,而对暗星(约17mag)达到0.2mag。同时,对相关问题进行深入讨论,总结了一些实验所得的经验,并与测光软件IRAF进行了内部精度的比较。     

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。     

漫反射激光测距特性研究

首先分析不同目标反射模型的漫反射激光测距方程的表达形式,然后通过对有合作目标的卫星激光测距和漫反射激光测距的特性对比分析,在理论上推导出适合1.2m望远镜激光测距系统的漫反射激光测距方程的一般形式.方程的最终表达形式与目标的形状、反射率和目标表面的漫反射特性函数有关.最后进行了地面靶板漫反射激光测距试验,并以试验为例来说明如何求解方程里特定的参数.     

CCD图像数字定心算法的比较

从CCD采集的数字图像中提取天体的位置和光度信息对于天文研究具有基础意义.其中,恒星星像中心像素位置的精确测量对于天体测量至关重要.针对国际上常用的三种位置测量算法:修正矩方法、Gauss拟合法和中值法,利用实测的CCD图像进行了试验研究.具体地,采用云南天文台1m望远镜观测的CCD图像同时使用这些算法进行了实际测量,根据每幅图像中测得的像素位置,对这三类定心算法进行了比较和精度分析.可视化方法被用于不同阈值的选取和设定比较.实验数据表明,无阈值的二维Gauss拟合方法是一种精度相对较高的定心算法.     

图像移位堆叠方法用于暗天然卫星的天体测量

暗弱天然卫星与主带小行星相比,具有亮度低、速度变化快的特点.在观测这类天体时,不能简单地延长曝光时间来提高其信噪比.尝试观测多幅短曝光的CCD (chargecoupled device)图像,采用移位堆叠(shift-and-add)方法,希望提高目标成像的信噪比,获得暗弱天然卫星的精确测量结果.使用2018年4月9—12日夜间,中国科学院云南天文台1 m望远镜(1 m望远镜)拍摄的木星5颗暗卫星的229幅CCD图像,实施了移位堆叠试验.为了验证结果的正确性,与相近日期中国科学院云南天文台2.4 m望远镜(2.4 m望远镜)观测的相同木卫图像的测量结果进行了比较和分析.位置归算采用了JPL (Jet Propulsion Laboratory)历表.结果表明,对CCD图像使用移位堆叠方法,通过叠加约10幅曝光时间100 s的图像, 1 m望远镜能观测暗至19等星的不规则天然卫星,而且测量的准确度与2.4 m望远镜的测量结果有良好的一致性.     

云南天文台激光测距系统激光特性参数的测量分析

通过激光光腰位置能量分布测量，在已知激光发散角的情况下，直接计算得到光腰半径、光束质量因子等重要参数，更加深入的分析了云台激光束情况，对于测距时激光发散角的控制具有重要意义。从激光能量分布的测量结果看，可把激光的最小发散角压缩到1“，达到大气视宁度水平，从而提高系统的极限测距能力。     

用M15进行CCD视场的校准

用1996年10月所获得的球状星团M15和大距离双星61Cygni的CCD观测资料,分别求解了上海天文台1.56m天体测量望远镜上安装的CCD探测器视场的位置角改正δp和尺度因子ρ。通过对土星主要卫星观测资料0－C的计算分析表明,经球状星团校准视场后所得结果较双星校准后结果的精度要高。该结论为进一步提高计算大行星卫星的位置测量精度打下良好的基础。     

基于有效点扩散函数的高精度测光

介绍了利用有效点扩散函数拟合方法得到CCD图像中恒星仪器星等的过程。对国家天文台1 m望远镜观测的16幅CCD图像进行实际测量,结果表明:亮星的内部测量平均精度为0.015 mag,最高精度可达0.001 5 mag,而暗星则达到0.043 mag。与Gauss拟合测光方法相比平均精度提高了3倍多,精度标准偏差是0.005,说明该测量方法比较稳定,是一种更优的测光方法。     

适用于大视场的快速星像匹配算法

基于CCD图像的天文观测中,星像匹配是一项基本的任务。提出一种基于k-d树和k-means聚类算法的星像匹配算法,应用三角形不变性元组对相似三角形进行盲匹配,算法可以间接计算CCD图像的比例尺。三次使用k-d树优化计算,并使用k-means聚类算法对图像进行分割,提高星像匹配的精度。使用云南天文台1 m望远镜拍摄的稀疏星场和2.4 m望远镜拍摄的密集星场进行了星像匹配算法的测试。实验结果表明,该方法能较好地自适应图像比例尺的微小变化,同时提高星像匹配的精度。     

机器视觉高斯拟合法自动导星定心系统设计

丽江2.4m光学望远镜自动导星系统升级改造需要计算CCD图像中实际星像中心的位置,在现有导星定心算法的基础上,利用机器视觉Canny边缘检测和椭圆拟合的方法识别星像轮廓,然后对星像直接二维高斯拟合,计算星像中心位置.研究了导星算法中涉及的天光背景参数、星像轮廓识别所需阈值、星像拟合边界参数的整定方法,总结出有效的自动导星定心方法,并开发了基于Linux平台的高速自动导星定心系统软件.软件对星像的高斯拟合结果与IRAF软件高斯拟合结果一致;同一天区相邻时间图像中星像中心偏移量计算结果也表明算法的有效性.     

LHAASO-WFCTA激光能量测量系统的性能研究

高海拔宇宙线观测站(Large High Altitude Air Shower Observatory, LHAASO)位于四川省稻城县海子山,平均海拔4 410 m。激光标定系统是LHAASO的广角切伦科夫望远镜阵列(Wide Field-of-view Cherenkov Telescope Array, WFCTA)的组成部分之一,用于标定广角切伦科夫望远镜阵列接收的光子数的绝对增益。激光标定系统中的激光能量测量系统由能量探头(Energy sensor)、能量计(Energy meter)和温控系统3部分组成,主要用于精确测量发射向广角切伦科夫望远镜阵列视场内的脉冲激光束的能量。主要对能量探头进行了相对标定和性能研究,并设计开发了保温系统来保证能量探头在环境恶劣的高海拔地区正常工作。通过能量探头之间的相对标定,可以提高激光能量测量的准确性。能量探头的性能测试结果表明,在以能量探头中心为圆心、直径为8 mm的圆形区域内,其不均匀度小于1.5%。激光束的入射角对能量探头测量激光脉冲能量几乎没有影响,但是垂直入射时能量探头反射的激光会损坏激光器,因此需要避免激光束垂直入射能量探头。...     

激光测距系统回波光子分布特性研究

激光测距系统回波光子特性分析对激光测距理论研究、系统设计以及性能评估具有重要意义。结合激光测距原理并综合考虑影响激光测距的多种因素,如大气湍流、大气和卷云传输特性、目标距离等,从理论上推导了测距方程以分析研究回波光子的分布特性。同时,利用Matlab软件开发平台编制了相应的激光测距系统回波光子分布特性研究软件,通过设置测距系统中激光器、发射望远镜、接收望远镜以及探测器等相关参数可估算回波光子数,并同时显示相应的函数关系曲线。     

近地天体望远镜的PSF分布研究

盱眙近地天体望远镜CCD视场为1.94°×1.94°,作为大视场望远镜由于存在场曲现象,因此根据单颗星像调焦会导致PSF(Point Spread Function)分布不均匀.研究所拍摄图像的PSF分布特征,并通过拟合半高全宽和离焦量的函数关系模拟出弯曲焦面,从而确定出最佳成像平面.制定出根据PSF的半高全宽直方图来判断最佳成像平面的调焦方法.     

土星主要卫星天体测量定标试验

在地面望远镜观测土星主要卫星的精确定位中,目前普遍采用CCD成像技术。为了测量视场中暗卫星的位置,常采用4颗主要卫星(土卫三-土卫六)进行定标。鉴于技术的进步,目前CCD视场正在逐步增加,如何精确定标图像值得研究。利用2010年1月20日在云南天文台1 m望远镜上观测的不同取向的105幅CCD图像进行了试验研究。采用了美国喷气推进实验室土星主要卫星历表和美国海军天文台的UCAC4恒星星表进行计算,相对于不同的参考对象进行定标。结果表明,采用4颗主要卫星进行定标并测量离卫星较近的观测对象时具有较好的测量准确度和内部精度。测量离定标星较远的卫星时,这种定标方法具有较大的不确定性。采用6颗主要卫星(土卫三-土卫八)进行定标,所有卫星的测量结果具有更好的外部和内部符合。即便如此,采用四常数模型和六常数模型定标的结果都不是令人满意,这揭示CCD视场存在明显的扭曲效应。如果采用视场中的恒星定标,卫星的外部符合和内部精度明显变差,这说明UCAC4恒星参考星表也不是理想的定标用参考星表。     

NVST多通道成像观测系统的数据同步采集

为了在1 m红外太阳望远镜多通道高分辨率成像观测系统中实现多个波段太阳图像的同步高分辨率统计重建,需要1 m太阳望远镜多个观测通道图像采集系统同步。研究了如何采用CCD相机外触发工作模式、计算机PCI总线硬件中断技术和全球定位系统时间相结合实现1 m太阳望远镜多个观测通道图像的同步采集,并在现有的Hα和Ti O两个成像观测通道上搭建实验平台。通过一系列的波形时序测试,数据记录和分析等实验证明本文所采用的这一数据同步采集技术能满足1 m太阳望远镜多个观测通道图像的同步采集要求。     

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%。