兴隆1m光学望远镜消杂散光系统

为优化兴隆1m光学望远镜的杂散光效应,研制了附加在该望远镜F/8焦面后的"一倍放大率消杂散光镜头",对消杂散光镜头的效果进行了仿真计算和观测验证。在Tracepro软件中对"圆顶-1m望远镜"和"圆顶-1m望远镜-消杂散光镜头"组合系统的"点源辐照度透过率(PSNIT)"进行了计算分析并在大月夜进行了天文观测。计算结果表明,在视场外无限远点源方位与望远镜指向间夹角5°≤|θ|≤30°使用消杂散光镜头后,该望远镜PSNIT全部降低到10-10以下。2008年5月26日对偏月22°和25°天区观测结果表明,使用消杂散光镜头后,该望远镜所观测的星像信噪比约为原来的1.4倍。仿真计算和观测结果表明:该方法对Ritchey-Chrétien(R-C)望远镜的杂散光抑制是有效的,可以提高望远镜的测光精度和观测极限星等。     

空间太阳望远镜在紫外波段成像检测中的杂散光测量和消除

针对EUV太阳望远镜在地面非工作波段预先检测时出现的杂散光问题,考虑望远镜长焦距的特点,建立了基于反射镜转动扫描原理的杂散光测量系统,测量得到了望远镜的点源透射率(PST)曲线.通过对比PST曲线和分析望远镜结构,得出杂散光的主要来源为小角度下的一级杂光,由此设计了主次镜遮光罩,并利用Tracepro软件建立望远镜的实...     

离轴三反空间光学望远系统的杂散光抑制

以点源透过率(PST)为评价标准,对一个离轴三反空间望远系统的杂散光进行了分析,并给出了分析结果。通过建立系统的实体模型,确定了一次、二次散射路径,采用改进的蒙特卡洛法,对20°之间各离轴角分别进行光线追迹。对模型的分析结果表明,系统产生杂散光的主要原因为一次散射,与光学系统结构密切相关。离轴角为±0.1°时,PST分别等于3.56和4.02,离轴角为±20°时,PST分别为6.63×10-5和4.58×10-5。实验表明,通过加入遮光罩及减小镜面散射率可减少杂散光。与离轴两反望远系统相比,三反系统的杂散光水平在大离轴角时偏大1到2个数量级,但可满足使用要求。     

基于点源透过率测试系统的杂散光标定

为了提高点源透过率(PST)测试系统的杂散光测试能力及测试精度,提出并设计了一种标准镜头,用于在大离轴角范围内对系统的杂散光测试范围及测试精度进行标定。利用简单的物理模型设计了一种在实验室内对点源透过率测试系统杂散光测试精度定标的标准镜头;测量了标准镜头的表面物理参数,并将其带入TracePro软件计算出了不同离轴角对应的PST。对设计分析的PST值与实测的PST值进行比较,从而计算得到了该测试系统的测量精度。验证实验表明,该标准镜头的PST分析值与实测值之差优于lg/0.5,满足实验室内对点源透过率测试系统杂散光测量精度进行标定的要求,是PST绝对测量的可靠方法。该项技术为国内PST测试系统的精度校准问题提供了技术保障。     

离轴三反空间光学望远系统杂散光分析

以点源透过率（PST）为评价标准,给出了一种离轴三反空间望远系统的杂散光分析结果。通过建立系统的实体模型,确定了一次、二次散射路径,采用改进型的蒙特卡洛法,对 20°间离轴角分别进行光线追迹。对模型的分析结果表明,系统杂散光产生的主要因素为一次散射,与光学系统结构密切相关。 0.1°离轴角PST分别等于3.56和4.02, 20°离轴角PST等于6.63×10-5和4.48×10－5,可通过减小镜面散射率进行改进。与离轴两反望远系统相比,三反系统的杂散光水平在大离轴角时偏大1到2个数量级,但满足使用要求。     

长焦距离轴三反光学系统杂散光的抑制

对有中间像的长焦距离轴三反系统的杂散光特性进行了模拟分析,并提出了相应的杂散光抑制方法.通过正追和倒追的分析方式,确定系统杂散光的主要来源,找到系统的重要面;根据分析结果,提出了杂散光抑制措施,用系统重要面的变化定性评价杂散光的抑制效果.分析结果表明,采用抑制措施后很好地抑制了系统的一次散射杂散光.用点源透过率(PST...     

超短型内嵌式遮光罩设计

为了在不影响杂散光抑制效果的同时减少空间遥感器的结构尺寸,方便其姿态控制,提出了一种超短型内嵌式遮光罩。介绍了超短型内嵌式遮光罩的基本结构形式及其优化设计方法。重新设计了遮光罩的形状,采用超短型多层遮光筒结构代替了传统设计中过长的外遮光罩。改变了遮光罩与主体结构的安装方式,将遮光罩嵌入式安装于空间遥感器的主体结构,最大限度地压缩了结构尺寸。以某航空相机光学载荷为例,分析了该种遮光罩的可行性和消杂散光效果。采用Light-tools软件优化设计了双层同心圆柱筒结构的遮光罩,并对该遮光罩的杂散光抑制效果进行了评估。模拟计算结果表明,外遮光罩采用超短型内嵌式结构后,遮光罩总长度和重量均减小为传统设计结果的1/3。系统的点源透过率(PST)曲线显示其整体呈下降趋势,且在离轴角大于25°后,光学系统的PST降低到10~(-7)以下。另外,设计的遮光罩能够有效抑制视场外杂散光,其杂散光抑制能力与其他离轴、同轴系统大体相当,满足使用需求。     

R-C系统消杂散光设计与效果评估

研究R-C系统的消杂散光以提高其成像质量。从杂散光的能量传输方程出发,分析总结了杂散光消除的基本途径。按照R-C系统杂散光消除的具体要求,结合作图法,推导出初始中心遮光比确定时的内遮光罩顶点坐标公式;为了减小初始中心遮光比,将次镜锥状遮光罩改进为百叶窗式结构。设计了杂散光源抑制角已知时的外遮光罩。最后,给出在Tracepro中利用仿真模拟测定杂光系数的方法及R-C系统遮光罩的应用实例。     

机载激光通信系统的杂散光分析

在自由空间激光通信系统中,常采用通信及信标发射接收共用同一系统的方式,内部发射激光若不能很好的抑制、外部杂散光的干扰都能在整个系统中通信,接收探测器以及信标接收探测器像面上将产生杂散光的影响.本文针对机载激光通信系统进行了杂散光的分析及软件仿真,仿真结果表明系统光学和机械结构设计有效地抑制了内部和外部杂散光.     

白天观测空间目标的恒星光电探测系统的杂散光抑制

从恒星光电探测系统的杂散光光源入手,分析了杂散光的产生和传输特性,建立了杂散光对恒星光电探测系统影响的评价指标,然后提出了合理抑制杂散光的方案,用于指导光机系统的结构设计.通过遮光罩、挡光环以及表面涂层处理技术来削弱杂散光对光机系统的影响,利用软件对该光机系统结构进行杂散光模拟分析.对比模拟工况下消除杂散光前后的点源透...     

2 m望远镜塔台的构建

分析了国内外地基大口径望远镜的站址选择和塔台建设,对2m口径望远镜的塔台建设进行了研究。首先,讨论了望远镜的视宁度和塔台高度之间的关系,通过对该望远镜所在地的大气视宁度等因素的衡量,确定塔台高度为13m。然后,根据Φ2m级口径望远镜塔台建设的需求,建立了计算机仿真模型,采用有限元软件Ansys进行仿真分析,提出了一种载荷为30t的情况下,谐振频率达到30Hz,并且能够承受5级地震灾害和一定风载的塔台和地基建设方案。分别采用谱分析和随机振动的方法研究了设计的塔台在地震、风载等自然条件下的响应,结果证明该方案能满足Φ2m级口径望远镜的站址建设要求并对下一步开展的Φ4m级口径地基大口径望远镜的塔台和地基建设具有参考作用。     

空间太阳望远镜调焦机构的设计与分析

根据某型号空间太阳望远镜的光学系统特性与整机的结构方式,为了达到节约安装空间、保证成像质量的目的,设计了一种焦平面式调焦机构.该调焦机构由蜗轮蜗杆和凸轮滑槽作为传动件,将步进电机的圆周运动转化为焦平面法线方向的直线运动.调焦范围为1.5 mm,外形尺寸为167 mmx64 mmx94 mm,质量为2 kg,在底座背板和...     

紫外平面刻划光栅杂散光数值分析及测试

杂散光是光栅的重要技术指标,它直接影响光栅的信噪比,紫外波段的杂散光对光谱分析尤为不利.为了考察平面刻划光栅用于光谱仪器时产生的杂散光,采用标量衍射理论数值分析了杂散光产生的原因.数值模拟结果表明,紫外平面刻划光栅刻槽周期随机误差以及刻槽深度随机误差是杂散光的主要来源,而光栅杂散光对光栅表面小尺度随机粗糙度并不敏感.提出了平面光栅光谱仪出射狭缝相对宽度的概念,数值分析了仪器出射狭缝高度及出射狭缝相对宽度与杂散光强度的关系,从而分别为在光栅制作工艺中从根源上降低光栅杂散光以及在光栅应用过程中从使用方法上降低光栅杂散光提供了理论依据.最后,为了与采用滤光片法测得的光栅杂散光实验值进行比较,给出了理论求解杂散光总强度的求和公式,并对4个不同波长的杂散光进行了多次测量.结果表明,当刻槽周期随机误差、刻槽深度随机误差和表面随机粗糙度分别取0.8 nm、 0.5 nm和1.2 nm时,理论值和实验值的相对误差可控制在13%左右.     

基于模板的FY-2一级杂散光模拟

对FY-2扫描辐射计的光机结构进行了简化,确定出在其南北步进中对杂散光模板变化产生影响的仅仅是折镜边缘,据此结论对产生一级杂散光的相关机械边框建立空间坐标,通过投影方法得出在任意步进位置的杂散光进入区域,并通过对杂散光区域的像元数计数和制作视频文件的方式检查其变化的连续性。从信号光分布最小的世界时19时图像出发,使用快速卷积的方法,进行了点光源、月牙状亮边和地球全图的模拟杂散光形成的计算,得出的结果与实际杂散光的现象较为接近,成为进一步以图像处理方式消除杂散光的基础。     

2m望远镜主轴交流伺服控制系统设计

为了满足2m口径望远镜低速跟踪精度的要求,本文主要介绍了基于永磁同步力矩电机的望远镜交流伺服控制系统设计方法,首先,辨识出了系统结构的频率特性曲线;其次,根据系统的频率特性曲线设计了结构滤波器,以减小结构模态引起的谐振幅值;然后,根据系统的控制性能指标要求,设计了位置回路控制器和前馈控制器,以提高系统的位置跟踪性能;最后,在设计的硬件平台上进行了望远镜转台的低速控制实验。实验结果显示,当望远镜跟踪斜率为0.36″/s的位置斜坡曲线时,速度平稳性较好,位置跟踪误差RMS为0.006 1″,实现了极低速度跟踪的效果;在速度为5°/s,加速度为2°/s2条件下的正弦引导最大误差值为0.3″,稳态误差RMS值为0.066″。实验结果表明,2m口径望远镜交流伺服系统的设计满足了系统跟踪精度的要求,为大型望远镜交流伺服控制系统的设计提供了一定的参考。     

1.2m望远镜次镜支撑结构设计

研制了一个用于1.2m望远镜的次镜支撑结构,以满足其对刚度和伺服系统带宽的要求。首先,对影响主镜遮拦和支撑系统刚度的四翼梁进行研究。使用动力学建模方法,初选四翼梁结构的参数。然后在ANSYS中建立有限元模型,进行静力学和模态分析。最后,使用试验模态分析法测试设计的支撑结构。有限元分析显示,设计的结构受重力影响会引入0.004 2λ的切向彗差,第一阶模态频率约为57.2Hz。试验模态分析显示,系统第一阶谐振频率为54.1Hz,与理论分析和有限元分析结果一致。实验结果与仿真结果对比后显示:归一化的振型向量中叶片结构振幅较小时,实验模态较难提取,且实验结果略小于有限元分析结果,最大相对误差约为7%。设计的次镜支撑结构遮拦小、刚度好,满足使用要求。     

衍射光学元件杂散光分析的数据结构及鬼像分析

当光学系统中存在衍射元件时,特别是高功率激光光学系统中,由于多级衍射和多次反射的存在,因此系统中将会产生危害性的杂散光和鬼像。提出了一种用于衍射光学元件杂散光分析的树形数据结构,树的每一个结点描述了系统中两个表面之间传输的光束参数,并且根据光路计算结果,动态地开辟内存空间存放杂散光和鬼像的位置、能量等数据。对含1个衍射面和7个常规面的光学系统作了实例计算,表明用这种数据结构可以全面分析系统中的杂散光,给出鬼像位置和估计鬼像能量。当取最高反射次数为4次,衍射级为0到±5级时,运行时间在1s以内,成功地分析了该红外光学系统的鬼像。     

紫外平面刻划光栅杂散光数值分析及测量方法

杂散光是光栅的重要技术指标,它直接影响光栅的信噪比,尤其紫外波段的杂散光对光谱分析更为不利。为了考察平面刻划光栅在光谱仪器中使用时产生的杂散光,采用基于传统Fresnel-Kirchhoff衍射方程导出的杂散光相对强度表达式,数值分析了杂散光产生的原因。数值模拟结果表明,紫外平面刻划光栅刻槽周期随机误差以及刻槽深度随机误差是杂散光的主要来源,而光栅杂散光对光栅表面小尺度随机粗糙度并不敏感。另外,提出了平面光栅光谱仪出射狭缝相对宽度的概念,并数值分析了仪器出射狭缝高度及出射狭缝相对宽度与杂散光强度的关系。此理论分析方法分别为如何在光栅制作工艺中从根源上降低光栅杂散光以及在光栅应用过程中从使用方法上降低光栅杂散光提供了理论参考依据。最后,为了与采用滤光片法测得的光栅杂散光实验值进行比较,给出了理论求解杂散光总强度的求和公式,并对四个不同波长的杂散光进行了多次测量,使理论值和实验值的相对误差控制在13%左右。