中国科学院南京天文光学技术研究所机构知识库

IMSP光谱仪在进行长时间曝光观测时，受大气扰动以及望远镜自身跟踪误差、风载以及结构变形等因素的影响，其缝前光路会发生偏移，导致光谱仪的通光量降低，进而影响观测效率。为了解决该问题，本文从缝前稳像系统的硬件总体设计和控制方法两个方面进行了研究，包括选择符合系统要求的器件，进行实验平台建设，设计了控制系统软件以及多线程数据处理的算法。 

在缝前稳像控制中，非完整光斑的图像识别与定位是一个重点难点。望远镜在跟踪观测目标星时，大部分星光会经过狭缝进入光谱仪，狭缝监测相机上只能拍摄到部分残余星光，导致光斑图像呈现非完整状态，且其缺损的形态是动态变化的。常规的光斑定位算法在面对这一类非完整的光斑定位时难以满足系统亚像素级别的定位需求。本文聚焦于研究非完整光斑定位算法，对比研究了常用算法的优缺点，并提出了两种非完整光斑定位算法：基于Huber权值的圆拟合法和基于灰度匹配的互相关定位法。其中基于Huber权值的圆拟合法受光斑圆度的影响较大，应用范围较为有限；而基于灰度匹配的互相关定位法能够快速、准确地实现亚像素级别的定位。 

本文建立了Tip-tilt控制器输出电压量和光斑偏移量之间的映射模型。然而，系统的安装误差和响应时延等因素对该映射模型造成了一定影响，导致精度还不够高。针对这一问题，本文设计了一种基于RBF神经网络的自适应PID控制器，进一步减小了偏移校正方面的误差，提升了系统的控制精度。因疫情影响IMSP光谱仪还没有安装到望远镜上，故该控制系统修改参数后在2.16米望远镜上进行了测试。实验结果表明，打开缝前稳像控制系统的情况下，光谱仪的光谱观测效率提升了约20%左右，验证了本文的缝前稳像控制技术能够提高光谱仪的观测效率，为天文仪器的研究提供了有力的技术支持。