基于多 CNN 的分块镜 piston 和 tip-tilt 误差同步检测方法研究

绝大多数大型望远镜采用分块镜的设计方案,为了获得优质的成像效果,需要控制分块望远镜系统的 piston 和 tip-tilt 误差。 神经网络误差检测方法相较于传统的检测方法具有一定优势,但存在仅检测单一类型误差的局限性。 本文提出一种基 于卷积神经网络的 piston 和 tip-tilt 误差同步检测方法,通过在出瞳面设置具有离散孔的光阑,引发分段镜反射的子波发生干涉 -衍射现象,构建包含丰富 piston 和 tip-tilt 误差信息的数据集。 通过粗测网络和精测网络级联,满足大范围和高精度同步检测 的需求。 结果表明,该方法实现了对输入光源相干长度内纳米级的 piston 误差检测,并对 10 μrad 范围内的 tip-tilt 误差实现了 亚微弧度检测;对 40 dB 的 CCD 噪声表现出良好的抗干扰性,对面形误差的允差为 0. 05λ0RMS(λ0 = 600 nm),同时对六子镜系 统具有可扩展性。 本文方法光路简单,操作便利,具有实际意义。     

Cook结构补偿镜的球面折反型望远系统

基于Cook结构补偿镜提出了一种球面折反型望远系统。该系统将传统折反结构中的非球面球面化并用基于Cook结构的补偿镜代替传统的前置大口径补偿镜。将该镜置于次镜之后,其直径减小了很多,支撑结构也变得简单易行,整个系统容易制造。系统光学性能如下:全视场为0.5°,相对孔径可以做到F/7,遮拦比为0.42,MTF衍射极限为0.45@50pl,设计、加工和装校后总的MTF可以做到0.40@50pl,非常接近衍射极限水平。     

空间太阳望远镜主光学数据处理系统EGSE研制

分析了空间太阳望远镜(Space Solar Telescope)有效载荷EGSE(Electrical Ground Support Equipment)的功能需求,给出了基于通用平台的SST有效载荷EGSE的设计和双通道主光学望远镜数据处理系统(MOT-SDUP)EGSE软件的研制.EGSE实现了接口仿真、测试过程监控以及测试结果分析等任务.其软件基于通用平台开发,具有良好的可扩展、可继承性,可以扩展用于SST其余载荷仪器EGSE以及整个有效载荷分系统与整星的电测试,从而达到节约成本,缩短开发周期和提高可靠性的目的.基于通用卫星测试软件平台GSEOS的双通道MOT-SDPU EGSE开发经验,可供国内其他航天项目EGSE开发参考.     

月基望远镜探测能力的地面标定

采用模拟试验在地面测试了月基望远镜(LOT)的星等探测信噪比及弥散斑能量集中度,用以验证望远镜的探测能力.与传统的通过分析CCD各项参数对噪声的影响来获得信噪比的方法不同,本文提出的方法客观、直接地通过图像信息来计算星点目标信噪比,其目标信噪比测试不确定度可优于8％.在测试弥散斑能量集中度时,通过质心算法求其弥散斑能量中心,进而提出了一种星点弥散斑高斯拟合方法来拟合弥散斑能量分布曲线.这种高斯拟合方法可使弥散斑能量集中度的测试精度提高10％.最后,通过试验测试了LOT相机星等探测信噪比及弥散斑能量集中度,验证了LOT相机+15 Mv的探测能力.     

天文光学望远镜摩擦驱动滑移动态检测与修正

考虑滑移对摩擦驱动望远镜精度的影响,提出了天文光学望远镜摩擦驱动滑移动态检测与修正的控制方法.建立了滑移动态检测系统、正压力主动调节系统、负载波动模拟和检测系统.用钢带光栅尺检测动负载位置,由同轴安装的角度编码器检测主动摩擦轮位置,根据减速比λ的变化判断主动轮和从动轮之间是否发生了相对滑移.主控单元可编程多轴运动控制器(PMAC)用来实时控制正压力电机进行压力修正并随之修正系统控制算法以提供足够的摩擦驱动力来减轻、消除滑移现象.实验表明:该方法能及时修正望远镜驱动系统出现的滑移,从而提高望远镜跟踪精度及可靠性.在最严重滑移的情况下,系统可在100 ms内判断出滑移,74.2 s完成校正并恢复望远镜的高精度跟踪.此方法既可用于单点摩擦驱动也可用于多点摩擦驱动,能够有效解决非线性干扰带来的滑移问题.     

聚焦型X射线脉冲星望远镜Pareto多目标优化与多场耦合分析

为提高聚焦型X射线脉冲星望远镜的探测性能,提出一种聚焦型X射线脉冲星望远镜（Focusing X-ray pulsar telescope,FoXPT）多目标优化与多场耦合分析方法。基于X射线全反射理论构建以探测灵敏度和重量最小化为目标的多目标优化模型,采用改进的Pareto法获得产品的非劣解集。基于弹性力学、热传导和热辐射理论构建了结构-热耦合方程,以遴选的优化结果构建产品三维模型和有限元模型,获得产品应力与位移分布并提取X射线反射镜面形误差,基于高次多项式函数重构结构-热耦合形变后的X射线反射镜面形,并进行拟合和误差分析。采用Monte Carlo光学追踪法对产品的聚集性能进行仿真分析与评价,实现了FoXPT多目标优化与多场耦合分析的有效集成。结果表明：当嵌套层数为17层时,重量和探测灵敏度同时获得满意解,分别为3.112 kg和6.15×10^-4 phs/cm²/s/keV,光机热耦合分析最大应力为262.54 MPa,X射线聚焦效率提升至86.83%,满足实际工程设计要求。     

基于二维随机场的地基大型光学望远镜风扰动时程模拟与性能预测

随着地基光学望远镜口径的不断增大,风扰动已成为影响望远镜成像质量最为关键的因素之一.为了深入研究风扰动对望远镜系统性能的影响规律及作用机理,从时域角度对望远镜在风扰动作用下的响应进行时程模拟以及系统性能预测.首先,简要介绍了望远镜结构组成并采用有限元方法建立了结构动力学模型,通过模态变换方法将动力学模型转换到模态坐标系...     

类Stewart平台并联索系结构的运动学分析

介绍了大射电望远镜光机电一体化设计方案,根据贵州ＫＡＲＳＴ地貌的地理位置推导出了线馈源的扫描运动轨迹,由悬链线方程得到了悬索挠度与索张力的求解方法,并对六悬索并联索系结构进行了运动学描述和分析,提出了悬索长度控制实时性问题的解决办法,最后给出了动态检测的悬索末端坐标的计算式。     

基于图像清晰度评价的跟踪望远镜自动调焦算法研究

为了减小跟踪望远镜调焦时间,分析了自动调焦的光学原理及数字图像处理相关技术,提出一种适合跟踪望远镜的实时自动调焦算法。该算法基于对图像清晰度的评价,通过步进电机驱动次镜移动来搜索最佳成像位置,并且综合了全局搜索法与传统爬山法的优点。在实验中,完成了对远处静态目标自动对焦,有效地避免了局部峰值导致的对焦失败,在保证系统调焦精度的前提下使对焦速度小于3s。     

拼接镜主动光学共相实验

考虑拼接望远镜子镜之间保持共相位可使拼接镜达到衍射极限,本文建立了一套主动光学实验系统来测量和调整拼接镜子镜之间的相位差和精度以实现子镜之间的共相位。拼接镜由3块正六边形球面子镜组成,子镜对边长为300mm,曲率半径为2000mm。首先,使用Shack-Hartmann传感器和高精度微位移平移台使子镜之间精确共焦,使用球径仪调整子镜之间的高度差到微米量级;然后,运用白光斐索干涉原理对子镜高度差进行调整;最后,运用子孔径衍射原理测量子镜之间的高度差,并调整使其共相位。为了验证标定效果,对光纤光束进行了成像实验,受光纤直径的限制,拼接镜上用于成像的口径为100mm。实验结果显示,白光斐索干涉的测量精度优于100nm,子孔径衍射的测量精度优于16nm,共相位标定后,系统能够实现衍射极限成像,表明提出的方法适用于拼接望远镜的共相位标定。