中国科学院南京天文光学技术研究所机构知识库

南极高原由于其独特的纬度位置，在视宁度、天光背景等方面有其他低纬度台址难以比拟的优越条件，在南极开展时域天文等研究具有得天独厚的优势。除此之外，南极地区还是绝佳的空间碎片监测的地点，根据现有的数据统计，绝大部分近地低轨空间碎片目标、都过境南极。在南极部署相关望远镜设备也是对于
小行星灾害预警网络建设等空间安全领域的有效补充。 

为了高效地进行相关研究，大视场天文望远镜设备是重中之重。而目前对于大视场光学系统研究尚且较少，一方面是由于天文望远镜一般带有较高精度的指向跟踪系统，对于不同天体目标的研究可以使用带有指向跟踪的小视场光学系统来进行：即通过时间换取视场的方式来减小因大视场导致的大像差给光学设计上带来的难度；另一方面，作为光学设计中的核心，大视场光学系统的像质评价是一个复杂的问题，若采用传统的望远镜光学设计的评价方式，会出现多种成像质量看似十分近似，但实际像斑形状差异巨大的光学系统。像斑形状是大视场光学系统最受关注的成像特点之一。无论是在天体测光，还是在目标快速跟踪定位等领域，大视场光学系统的像斑形状需要具有良好的对称性，且整个视场内像斑的均匀性保持优异。因而从这个角度来看，传统的评价标准已经不适用大视场光学
系统的像质评价。 

考虑到大视场光学系统像质评价的需求，本文提出了一种新的像质评价方法：基于光线追迹—向量夹角分布的像质评价方法。该方法以光线追迹为基础，通过分析被追迹的光线在像面的分布所构成夹角合集来描述像斑形状信息，该方法具有效果好、运算量小等优点。基于该方法，本文对比了四种使用传统方法评价像质表现接近的大视场光学系统，包括：主焦点式系统、折反射式系统、双反射式
系统、三反射式系统。最终得到四大类光学系统成像差异有5倍以上，部分关键的像质均匀性评价指标的区分度甚至在1个数量级以上。其中，以Schmidt光学系统为代表的折反射式系统为四类光学系统中表现最佳的光学系统。 

本文第1章主要介绍了研究背景及相关课题来源；第2章介绍了基于光线追迹—向量夹角分布的像质评价的基本原理；第3章介绍了基于该方法的大视场光学系统像质均匀性的分析方法和结果，并设计了四种像质表现优异的光学系统用于分析；第4章主要讨论了该像质评价方法中各类参数的选取原则及对计算结果的影响；第5章为全文的成果的总结以及对未来工作的展望。