NIAOT OpenIR
未来大型望远镜自适应光学系统的关键技术研究
张天宇
Subtype博士
Thesis Advisor任德清
2022-06
Degree Grantor中国科学院大学
Place of Conferral北京
Keyword大型望远镜 自适应光学 非共光路误差校正 波前斜率计算
Abstract

随着世界各国大型望远镜的研发与建设,配套的自适应光学系统性能需求也在逐步提升。作为补偿大气湍流引起的波前畸变的重要手段,自适应光学系统历经多年的发展已经有了长足的进步。但面对如今高对比度,高分辨率的成像需求,依然有部分关键技术有待研究与突破,例如自适应光学系统的非共光路像差校正技术和波前斜率计算算法。尤其对于夜间自适应光学来说,目标星体发出的光信号相当微弱。想要对系外行星等高价值星体直接成像,需要自适应光学系统拥有极高的时间和空间校正能力。并且随着系统性能的提升,系统内哈特曼波前传感器子孔径数量也会相应提升,其波前斜率的计算量也会大幅提升,拖累整套系统的运行速度。 
为了满足未来大型望远镜配套的自适应光学系统的高性能需求,本文针对自适应光学系统的模拟仿真、非共光路误差校正方法、波前斜率计算混合编程加速算法以及系统整体运行展开了以下研究: 
自适应光学系统的模拟可以快速确定整套系统各个模块的参数设计,例如变形镜的促动器设置,波前传感器的选型等。本文依托YAO仿真软件,模拟了不同子孔径数量的哈特曼波前传感器,对校正速度做了评估,并模拟了不同型号的波前传感器,为后续的研究打下了基础。 
为了解决自适应光学系统内非共光路像差对成像质量的影响,本文先提出了一种能量优化算法。通过一个点光源产生无像差的完美PSF,以其能量模式(艾里斑内能量与艾里斑外能量的比值)为优化目标,通过迭代优化算法优化系统科学成像光路PSF的能量模式,有效去除了系统内的非共光路误差。随后在能量优化法的基础上又提出了一种焦面复制法,直接将点光源生成的完美PSF,由迭代优化算法复制到系统的科学成像路径中,在保证校正结果的基础上大幅度减少了校正时间。 
针对哈特曼波前传感器子孔径增加后,波前斜率计算速度下降的问题。本文提出了一种混合编程的质心计算并行算法。该算法将传统灰度加权质心算法,阈值法,窗口截取法与OpenMP/MPI并行模型结合起来,以动态链接库的形式供自适应光学系统的控制系统调用,平衡了运算速度与操控难度。 
本文用与前章节不同的硬件设备搭建了另一套新的自适应光学系统,用以测试文中提出的自适应光学关键技术。经过新系统的测试,本文提出的非共光路校正方法和夜间自适应光学加速算法都切实有效。 
本文针对夜间自适应光学系统的特点,对系统内的非共光路像差,波前斜率加速运算以及图像后处理算法展开了研究,实验结果均证明了研究的切实有效。
未来本文中所研发的关键技术也会被应用到本项目组的空间星冕仪中。 

Subject Area天文技术与方法
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.niaot.ac.cn/handle/114a32/1966
Collection中科院南京天光所知识成果
中国科学院南京天文光学技术研究所_学位论文
Recommended Citation
GB/T 7714
张天宇. 未来大型望远镜自适应光学系统的关键技术研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2022.
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