应用于自适应系统的1.2m望远镜面形误差精细检测

为检测云南天文台１．２ｍ望远镜光学成像质量,在多种光学检测方法中,我们结合实际情况,详细地讨论了两种方案的可能性。并用美国ＺＥＭＡＸ光学设计软件设计了所需的光学辅助元件。第一种方案,将全口径分割成直径为３００ｍｍ的子孔径后,利用哈特曼传感器对每个子孔径的最后成像波面进行探测,得到波前畸变量。最后将所得到的子孔径波面合成得到全口径波面,进而分析系统成像质量。第二种方案采用补偿干涉法,利用设计的补偿器补偿主镜的法线象差,得到干涉条纹,再由干涉条纹分析得到主镜面形差。这两种方法都实现微机实时采样与处理,能以较快速度计算出最后结果。最后,我们讨论了检测过程中误差来源及精度分析。在实验条件满足的情况下,整个系统的测试精度优于λ／１０。     

Golay3型光学稀疏孔径系统退化图像的频率信息提取及合成研究

利用组成星座的小卫星,分别携带分离的子望远镜和合光成像望远镜,构成Fizeau型光学综合孔径干涉系统,实现高分辨率的面源目标成像是当前的研究热点之一。这种光干涉成像系统,由于稀疏度较大,UV覆盖不全,即空间频率采样不连续,表现为系统光学传递函数有零值存在。要克服UV覆盖不全的影响,获得等效的大孔径望远镜成像效果,需要改变子孔径的空间排布,获得不同基线条件下的图像,进行空间频率信息的提取和合成,最后采用逆滤波的方法达到提高图像质量的目的。在分析单子孔径传递函数与系统传递函数关系的基础上,优化子孔径的排布方式,采用不同的频域滤波器将不同基线获得的图像中信噪比高的频率区域提取出来进行合成,再变换到空域并进行逆滤波处理,得到改善的合成图像。仿真结果显示,当得到的干涉图信噪比较低时,该方法可以有效地提高合成图像的质量。     

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%。     

基于遗传算法的相位差法波前检测piston误差

光学综合孔径望远镜常常因为子望远镜间的失调大于1λ产生相位差,影响望远镜的分辨能力。基于相位差法的检测技术,可以检测出子望远镜间的微小失调误差。提出了相位差波前检测方法与遗传算法相结合,设计了一个相位差波前传感器,进行综合孔径望远系统的piston误差检测。在计算机模拟成像系统的基础上,仿真结果证明,基于遗传算法的相位差波前检测方法可以较准确地恢复波前相位,检测piston误差。     

太阳目标哈特曼波前探测研究

分别对Hinode光学望远镜SOT观测太阳黑子的本影和半影图像以及太阳米粒组织图像进行了空间频谱计算和相关计算,分析了太阳不同结构区域图像的时域和空域特性对哈特曼波前探测精度的影响。计算和分析结果表明,在子孔径波面倾斜小于0.25″情况下,米粒组织图像采样时间在2 min内、本影和半影采样时间在4 min内,对子孔径波面倾斜探测精度的影响极小;并且由太阳目标特性引起的哈特曼波面探测误差随波面畸变量的增大而增大。这些研究结果可为太阳望远镜哈特曼波前探测器研制和应用提供依据和参考。     

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。     

光学综合孔径干涉成像的关键技术及多光束干涉仿真

闭合相位技术、U -V覆盖技术和像重构技术是光学综合孔径干涉成像的三个关键技术。文中简要介绍了光学综合孔径技术的发展历史、这三种关键技术和光学综合孔径望远镜阵的构成 ,对之进行了多光束干涉的计算机仿真和实验仿真 ,两者结果一致说明了光学综合孔径干涉成像技术中有关干涉的理论的正确性 ,指出了下一步的研究方向。     

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。     

基于相位差法的光学综合孔径望远镜失调检测技术

光学综合孔径望远镜常常因为子望远镜间的失调大于1λ而产生相位差,影响望远镜的分辨能力.基于相位差法的检测技术,主要是利用在焦面和离焦位置上同时采集的一对图像,对光瞳上的相位分布进行恢复,从而得出子望远镜间的微小失调误差.在计算机模拟成像系统的基础上,我们使用有限差分法对波前相位进行了恢复.模拟研究结果表明,相位差法可以较准确恢复出波前相位,检测出失调量.     

厘米—分米波射电日像仪天线阵基线测量

日像仪采用综合孔径原理成像,利用不同基线单元的相关输出得到复可见度函数,经过傅里叶变换得到源的亮度分布,基线测量精度是影响成像质量的重要因素.提出了采用大地坐标测量结合观测天文源确定方向基准,进行厘米-分米波射电日像仪天线阵单元天线三维坐标位置测量,获得天线基线矢量的方案,并通过在国家天文台明安图观测站建立相对坐标测控网,对射电日像仪天线阵天线基线进行实测定位,整网平差计算结果表明测量方案合理可行,并满足日像仪基线间距离测量精度的要求和相关成图要求.     

明安图射电频谱日像仪天线相位方向图测量与分析

明安图射电频谱日像仪(Mingantu Ultrawide Sp Ectral Radioheliograph,MUSER)是新一代具有高时间、高空间、高频率分辨率的太阳专用射电望远镜,采用综合孔径原理成像,所以幅度和相位是决定最后成图质量的关键因素。天线的相位方向图会影响日像仪输出的幅度和相位,根据日像仪的馈源设计和综合孔径原理,针对明安图射电频谱日像仪天线数目多,且为户外环境,根据天文观测须经常测试天线性能的特点,给出了基于相关结果测量日像仪天线相位方向图的方法,该方法可以直接通过日像仪的相关输出结果高效准确地得到天线的相位方向图。对MUSER-I天线的相位方向图进行了测量和分析,同时分析了天线相位方向图对日像仪成像的影响,为得到高质量的太阳图像提供了参考和保障。     

天文光干涉与综合孔径技术的发展

本文简单介绍了光干涉与综合孔径技术发展的历史、国际上用于天文观测的一些著名光干涉仪的技术特点和进展、以及近年来我国开展的与光干涉 ,综合孔径技术有关的工作 ,最后简要介绍了在光学综合孔径技术领域所发展的光纤与集成光学等新技术     

基于Lyot滤光器的NVST磁像仪光学系统设计

我国1 m新真空太阳望远镜(New Vacuum Solar Telescope, NVST)能够实现优于0.2″的高分辨成像观测,但还不具备高分辨磁场的常规观测能力。很多磁结构和太阳活动都存在于较小的尺度,需要进行高分辨磁场测量。1 m新真空太阳望远镜的台址具备优良的视宁度,若磁像仪具备快速调制能力,并配合高分辨统计重建技术,有望实现亚角秒分辨率的太阳磁场测量。1 m新真空太阳望远镜测量磁场面临的主要问题包括折轴光路带来的时变偏振、望远镜姿态变化和风载带来的光轴偏移以及湍流的影响等多种问题。针对太阳磁场高分辨观测的需求及1 m新真空太阳望远镜面临的太阳磁场测量问题,详细分析了1 m新真空太阳望远镜太阳光球磁场的测量需求,制定了磁像仪的基本参数,提出了偏振分析器需求,设计了光球磁场的高分辨观测方案。最后利用ZEMAX光学设计软件为磁像仪设计了光路,结果显示光学设计能够满足高分辨成像的需求。     

构建实时三维太阳光谱望远镜的建议

提出了一种新型太阳光谱望远镜的建议，这种望远镜能够同时记录太阳日面观测区域的两维空间的色散（三维光谱），即一系列同步狭窄带通的光谱图像。借助该望远镜我们可以得到高时间分辨率的光谱图（10ms），进而能够做细致的光谱分析。该望远镜由一组子望远镜组成，每个子镜负责记录观测区域的一个事先设计好的透过带，所有透过带覆盖了所研究谱线的整个光谱波段，可以用来诊断不透明的低层大气物质流的三维速度场、重构太阳活动区（即太阳耀斑区）的三维结构。此外，若每个子镜都加栽上偏振仪时，则能够得到精确的矢量磁场，这种矢量磁场能够作为第二代视频磁场测量仪。此望远镜由一组紧密排列的子镜组成，文章分别给出了两种不同排列子镜的方式。描述了用来观测的每个子镜的透过带的样品光学表，并且提出了不同探测器的同时成像技术。最后，我们把该望远镜和ATST（Advanced Technology Solar Telescope）进行了比较。     

综合孔径干涉望远镜的高分辨率图像重建

利用干涉望远镜成像,可以获取最长基线对应的高频率信息,但往往只能获得部分频域覆盖.为了获得尽可能多的频率信息,可以先通过孔径排布变换,进行更充分的频率采样,再经过干涉图像合成,得到含有完备频率信息的目标高分辨率重建像.介绍了综合孔径干涉望远镜的高分辨率图像重建工作,重点讨论了孔径旋转条件下的干涉图像对齐和合成问题,并成功实施了天文目标的干涉成像观测实验,获得了有完备频率信息的目标高分辨率重建像.     

一种空间太阳望远镜光学窗口在轨热设计

空间太阳望远镜在轨运行中,会受到复杂的空间环境影响,光学窗口的温度变化将会直接影响后面光学系统成像质量.热设计的目的就是为了保证光学窗口的各部分保持在各自正常温度范围内,更重要的是能够使望远镜在地影结束后迅速进入到工作状态,完成整个周期运行.为了得到窗口在空间热载荷下整个周期内的温度分布和变化趋势,需要对窗口稳态及地影状态中有无加热两种瞬态进行仿真分析.通过对比两种瞬态温度分布的仿真结果,对窗口采取相应热控措施,取得了较好的热控效果.     

扩束光学系统的自动温度补偿机构设计

扩束光学系统对温度有较高的敏感度,为了减小温度对光学系统的影响,设计了一种自动温度补偿机构。该机构通过材料之间热膨胀系数不同进行相互补偿,从而保证镜间距的稳定性,并且通过ANSYS软件分析扩束系统温度从20℃升高到30℃,40℃和50℃时,主次镜镜间距的变化量,最后通过ZMAX软件对变化后的系统进行光学仿真分析。分析结果表明,未采用自动温度补偿机构设计,扩束光学系统主次镜镜间距分别变化0.027 22 mm, 0.054 43 mm和0.081 64 mm,系统波前误差均方根(Root Mean Square, RMS)从0.001 3λ变为1.389 8λ, 2.778 2λ和4.165 6λ(λ=632.8 nm),无法满足光学成像质量要求;而采用自动温度补偿结构设计后,扩束光学系统主次镜镜间距分别变化0.000 05 mm, 0.000 09 mm和0.000 14 mm,系统波前误差均方根从0.001 3λ变为0.002 6λ,0.004 6λ和0.007 2λ,仍然可以满足光学成像质量要求。因此该自动温度补偿机构可以有效地抑制大温差对扩束光学系统成像质量的影响。     

首台光学综合孔径望远镜投入使用

英国剑桥大学的科技人员经过几年的努力建成了世界上第一台光学综合孔径望远镜（ＣＯＡＳＴ）,其成像质量优于哈勃空间望远镜（ＨＳＴ）,比目前普遍使用的地基大口径光学望远镜要清晰５０多倍。但ＣＯＡＳＴ的造价仅８５万英镑,比ＨＳＴ的造价要低得多。ＣＯＡＳＴ的工...     

Φ1650mm口径反射镜的坦克链支撑研究

Phi 1650mm口径反射镜是某套大口径精密光学元件检测装置中的定标校正模块, 用于对检测光路中的缩焦透镜等光学部件进行定标. 反射镜口径越大, 由于自身重力引起的变形问题越严重, 面型精度受到的影响也越大. 对于Phi 1650mm口径反射镜, 系统要求的技术指标是面型误差的均方根(Root Mean Square, RMS)小于1/70波长(波长为\lk 632.8nm). 针对这块光轴始终处于水平状态的大口径反射镜, 提出了坦克链支撑方案, 并与传统的钢带支撑做对比. 对坦克链支撑方案进行有限元分析, 逐步确定了坦克链节数和中心距, 根据标准选取了型号C2162H的双节距大滚子坦克链. 基于赫兹接触理论, 对坦克链滚子与反射镜的边缘非线性接触进行了模型简化. 经过Zernike多项式拟合后, RMS为2.58nm, 满足设计要求. 坦克链支撑结构简单、成像质量好, 同时降低了反射镜的倾覆风险, 可靠性高.     

幸运成像技术在天文观测中的应用

由于大气湍流的影响,传统地基望远镜难以获得高空间分辨率的图像。天文学家为了在天文成像、测光观测、天体测量等领域的研究中得到更好的结果,不断追求克服地球大气的影响,获得更高空间分辨率的方法。幸运成像技术是一种能够使地面望远镜获得接近其衍射极限分辨能力的技术方案,具有成本低、设备简单的优点。介绍了幸运成像技术的发展趋势和基本原理,总结了国际上目前在用的幸运成像系统及其设备参数。结合幸运成像技术在国际上成功应用实例,综述了含系外行星多恒星系统的观测研究、双星系统轨道测量、球状星团中变星搜寻等天文观测获得的大量研究成果。随着新数据处理方法的应用,近年来蓬勃发展的幸运成像与自适应光学复合技术,将进一步拓展幸运成像技术的应用前景。