两种激光导星方案的区别与共性

1　引言　　如在大气中形成激光导星 ,则可能在地面望远镜中应用自适应校正以提高图像质量。但由于无法直接从导星的抖动获得所需信息 ,很难用激光导星信号校正波前的总斜度。 R.Ragazzoni系统地研究了多种方法来解决利用人造导星信号自适应光学系统中波前总斜度测量的问题。已发表一些解决该问题的方法 ,但都增加了系统技术实现的复杂性 ,如 :同时测量明亮自然星和导星的总角度抖动 ,使用双色激光导星 ,使用辅助望远镜和激光源。在后两种情况中 ,激光导星不能视作点光源。使用辅助望远镜或激光源的光学方案很简单。 R.Ragazzoni描述了该…     

瑞利导星发射系统设计

在天文观测中,瑞利激光导星自适应光学系统可以补偿大气湍流对成像的影响,并且提高天空覆盖率。能够发射一颗合格的瑞利导星成为该技术的前提。为了实现瑞利激光导星在天文观测中的应用,设计了一套瑞利导星发射系统。首先,根据瑞利激光导星自适应系统的基本要求,介绍了激光器的脉冲能量与重复频率的影响;接着,根据湍流理论分析了发射系统的最佳发射口径与大气湍流对导星的光斑大小的影响;然后,根据发射要求利用Zemax软件设计出一套瑞利导星发射系统。该系统最佳的发射口径为260 mm,采样层为10～11km,导星最佳聚焦高度为9.8 km,理想的导星光斑半径为0.45,存在大气湍流情况下导星光斑半径小于1;最后利用Zemax软件对该系统进行公差分析,分析结果表明该系统相对较容易地实现加工与装调。该发射系统满足激光导星自适应系统的要求,实用性高,设计方法普适。     

钠激光导星的饱和效应分析

针对自适应光学系统波面探测的应用需求,从平衡态和非平衡态的角度讨论了钠激光导星的回光强度。利用热平衡态下的状态方程,分析了平衡态时因入射信标激光增强所导致的钠激光导星饱和效应问题。结果表明,原子分数随辐射功率谱密度的增强而增大,其变化速率的下降是钠激光导星回光效率降低的根本原因。分析了信标激光器线宽、探测装置子孔径大小、积分时间对共振荧光回光探测的影响,模拟计算并得到了特定条件下能够满足自适应光学系统波面探测的信标激光器功率指标要求。     

自适应成像中的Na激光导星技术

大气湍流严重限制地基天文望远镜的分辩率。在最好的观测台址和良好的能见度条件下，可见光波段的分辩率一般不超过1弧秒。过去的20年中发展了采用电变形镜的自适应光学系统，用以补偿湍流效应。可惜这类系统要求被观测天体附近有明高的参考源，且只能用于观测最亮的星。通过用激光激发中圈钠层的共振反向散射，可在高层大气建立控制自适应成像系统的人造导星。本文对激光导星自适应望远镜之设计要求及预期成像行为作了评论。     

基于瑞利激光导星的大气湍流廓线测量仪设计

对基于瑞利激光导星的大气湍流廓线测量系统进行了研究,系统利用脉冲激光在测量区域大气层内不同高度形成信标星,以此测量地面至信标星之间的大气湍流信息。本文在分析瑞利激光导星湍流廓线测试的原理和系统组成基础上,对系统关键参数进行了优化选取,并设计了激光发射系统和差分像移接收系统,最后对系统性能进行评估。结果表明:系统可对地面高度0.2~10 km范围内的大气进行湍流廓线测量,该技术在地基天文观测、星地激光通信、地基激光武器领域具有重要的应用价值。     

基于阵列激光导星的自适应光学波前探测数值仿真

为克服当前波前探测技术存在的固有问题,提出了一种基于阵列激光导星（Laser Guide Star,LGS）的自适应光学系统。该系统可以有效消除聚焦非等晕效应的影响从而提高系统的波前探测精度,由此大幅度增大激光导星自适应光学系统的大气湍流探测范围,从而降低自适应光学系统对导星亮度的要求。阐释了该系统的闭环工作过程,并依据其工作过程建立仿真模型,数值仿真了该系统基于阵列激光导星的波前探测过程。最后对重构波前精度进行评估,分析了仿真存在的误差。数值仿真结果显示:该系统的波前重构精度较好,校正残差为11%,初步验证了利用阵列激光导星进行波前探测的可行性。     

能动光学,自适应光学和激光导星

天文光学观测对于人们了解宇宙至关重要，但地基望远镜的能力受到望远镜误差和光通过大气时各种效应的严重限制，制在已能建造内装矫正器件，使得在进行观测时可补偿上述两类效应造成的成象质量恶化，为充分发挥刚刚问世的８级望远镜的潜力，这种为能动光学或自适应光学的能动矫正能力极其重要，自适应光学领域中某些物理限制可以通过人工建造参考星－激光导星而克服，这些新技术最近已成功地应用到中型和特大型望远镜上。     

精导星传感器设计

精导星传感器广泛地应用于空间红外天文望远镜中,它利用光学系统的长焦距及相关算法获得高精度像移,实时地为精密稳像控制系统提供补偿信息。本文详细介绍了精导星传感器的设计过程:设计了与载荷共光路的光学系统成像方案,选择了适合在深低温环境下工作的碲镉汞探测器作为精导星传感器(Fine Guidance Sensor,FGS)探测器,采用基于专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)的前置电路代替了传统印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)电路,设计了科学观测中的精导星功能;为了满足精导星传感器高精度实时检测的需求,选择ROI-IDFT矩阵乘法运算对相关峰及其附近区域进行变换,避免冗余计算,降低了运算量。最后,本文总结了精导星传感器在工程实现中亟待解决的关键技术以及应用前景。     

夏威夷上空的虚拟导星

凯克天文台与劳伦斯·里弗莫尔国家实验室合作，已制造出一颗“虚拟”导星，它将大大增加凯克Ⅱ号望远镜使用自适应光学件分辨天文物体细节的能力。凯克自适应光学系统于1999年安装，它可使天文学家将地球大气的模糊效应减至最小，获得前所未有的图像细节和分辨率。此种自适应光学系统采用较亮星体发出的光测量大气畸变，并对之进行修正。但在整个天空，只有1%的星球有足够亮的光供此用途。新的虚拟导星将使凯克的天文学家以自适应光学件的高分辨率研究几乎整个天空。虚拟导星在2001年12月23日发出的“第一次光”是用20W染料激光照射地球上…     

超窄带滤光技术研究进展

对自适应光学中激光导星的基本原理及系统中所需的超窄带滤光技术作了简单的介绍.重点介绍了一些有望应用于激光导星系统上的滤光技术,如:原子共振光学滤光器、双折射滤光器、法拉第反常色散滤光器、法布里-珀罗滤光器等.针对以上滤光技术各自的特点,阐明了它们的基本原理,给出了部分主要参数,并且对各滤光技术的发展现状和不足作了简要阐述.     

基于激光钠导星的星载自适应光学系统

用于对地观测的星载光学系统受空间环境及相机内环境的影响而存在波前畸变问题,从而导致成像质量变差。为获得分辨率达到近衍射极限水平的图像,需要利用自适应光学技术对波前畸变进行自适应光学校正。提出了一种基于星外信标的自适应光学系统实现畸变波前校正的方案,并给出仿真实验,从而为星载自适应光学的进一步研究提供了依据。     

适用于小视场星敏感器的导航星表构建方法

导航星表构建是星敏感器设计阶段的重要工作.对于小视场,受限于恒星分布规律,易出现导航星表空洞问题.为解决小视场条件下均匀完备导航星表构建问题,对基于球面螺旋基准点的导航星表构建方法进行了改进:摒弃了原方法通过改变球面螺旋基准点数量和位置重新构建导航星表的思路,转而通过增选部分恒星来达到减少星表空洞的目的.设立了描述恒星消除星表空洞能力的权值,并以该权值递减顺序开展恒星增选;同时,设计了增选恒星距离阈值条件以保持增选后导航星表的均匀性.仿真表明,在4圆形视场条件下,相对于原方法,文中方法得到的导航星表,总星数减少708颗,均匀性指标提高约44%,而星表空洞变化较小,显示了较好的性能.     

钠导星激光器研究进展

介绍了钠导星激光器在自适应光学系统中的应用价值,分析了其指标特点及技术难点.按产生方式的不同,分别从染料激光器、固体激光器、光纤激光器3个方面阐述了钠导星激光器的发展历程及最新进展.染料钠导星激光器是最早获得工程应用的激光器,但由于体积较大、稳定性及可靠性较差等缺点逐渐遭到淘汰.固体钠导星激光器又分为和频(SFG)、受...     

均匀快速的导航星选取方法

为解决导航星表分布的均匀性、构建的快速性问题,提出了一种基于极坐标细分法(PCSM)及距离-星等加权法相结合的导航星选取方法。通过在近似均匀分布的球面基准点的邻域附近选取导航星,用来保证所选导航星分布均匀性,并解决坐标极值越界问题;为了提高搜星过程整体速度,引入了k-vector 快速搜索方法搜索基准点邻域内候选星;最后,综合考虑导航星的均匀性与亮度指标,设计了距离-星等加权方法筛选导航星。仿真结果表明:该方法简单、易行、适用性强,选取的导航星分布均匀性好。     

基于变异系数优选算法的精细导星星库构建

精细导星星库是支撑未来大口径空间望远镜观测的必要组成部分,是用来确定空间望远镜视轴绝对指向的关键依据.导星星库的容量和星库的均匀性对于实现精细导星功能和性能指标都极为重要.为了有效提高星图识别性能,提出基于变异系数的优选筛星算法进行导星筛选并构建星库.经过仿真和均匀性评价准则验证,基于变异系数优选算法构建的精细导星星库分布均匀性好,能降低冗余度,有效提高识别概率.     

星载自适应光学系统的双导星信标理论研究

星载相机的波前畸变主要来源于两个部分:由于温度场、重力场变化引起的相机光学系统自畸变;由于大气湍流引起的波前误差。为获得高分辨率的图像,需要校正波前误差。提出一种对星载光学系统波前畸变进行有效探测的技术。星载激光器分时产生钠导星和瑞利导星,前者用于校正自畸变,后者用于校正大气湍流造成的波面像差。针对该方法对激光能量的要求,建立了双导星信标系统的数值模型,并进行仿真。结果表明,该方法对激光器的要求,在目前是可以实现的。该方法可以用于空间相机光学系统的波面畸变探测,从而为星载自适应光学的进一步研究提供依据。     

不同导星数量和排布情况下地表层自适应光学系统的性能分析

基于频谱滤波理论和经典大气湍流 7 层模型, 通过地表层自适应光学 (GLAO) 系统的理论滤波器模型, 结合 有限导星条件下的误差传递函数 (ETF), 探究了不同导星数量与不同导星排布情况下地表层自适应光学系统的性能。 研究结果表明 6 颗导星呈中心 1 颗、其余 5 颗在视场边缘均匀环形分布时, 系统校正性能较优。该研究结果对正在研 制的一米新真空太阳望远镜多层共轭自适应光学 (MCAO) 系统 (含有 GLAO 系统) 具有重要指导作用和参考价值。