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基于光强分布的波前恢复算法及其在天文望远镜中的模拟应用
吴之旭
Subtype博士
Thesis Advisor崔向群 ; 白华
2015-04
Degree Grantor中国科学院研究生院
Place of Conferral北京
Degree Discipline天体物理
Keyword曲率波前传感 修正光强补偿算法 单幅离焦图像 光强分布 波前重构
Abstract
基于光强分布的波前恢复技术主要是利用离焦面的光强分布,通过相应的恢复算法获取波前信息。由于该技术具有结构简单,抗振动,测量精度高等优点,因此在主动光学及自适应光学的波前检测中有着良好的应用前景。

本论文围绕两种不同的基于光强分布的波前传感方法:曲率传感器、基于单幅离焦图像的波前恢复方法,充分考虑天文望远镜的特点及要求,对波前检测的问题进行了理论分析和模拟研究。本论文的研究工作主要包括以下几个部分:

1、从三种不同的理论角度分析了曲率传感器的基本原理,并介绍了几种常见的曲率传感器的波前恢复算法。利用蒙特卡洛光线追迹法及菲涅尔衍射法计算离焦图像,然后利用应用最广泛的FFT迭代算法进行波前恢复。通过采用引入缩放因子的方法,解决了菲涅尔衍射计算的离焦图像分辨率不足的情况。针对FFT迭代算法中关键的边界处理问题,提出了一种适用于天文望远镜中圆形及环形孔径的边界处理办法,并对FFT迭代算法的线性特性进行了研究。

2、在近轴系统中,通过加入光强补偿算法的外循环能够提高FFT迭代算法对大像差的恢复精度,本文通过模拟验证了恢复结果的线性特性有了较大的提高。在快焦比系统中,球面参考波前会导致参考坐标的畸变,从而影响恢复结果。本文提出修正光强补偿算法,通过补偿参考坐标的畸变,快焦比系统的波前恢复精度有了较大的提高。在利用轴外视场进行波前恢复时,CCD与主光线的夹角也会导致参考坐标的畸变。通过轴外视场的修正光强补偿算法,利用轴外视场进行波前恢复的精度也能达到要求。
 
3、由于单幅离焦图像包含波前畸变的所有信息,而且利用单幅离焦图像恢复波前相比于利用多幅离焦图像恢复波前,具有系统简单,信噪比高等优点,因此本文提出基于单幅离焦图像的波前恢复算法。该算法适应性强,收敛速度快,抗噪声能力强。通过对哈勃望远镜、Paul-Baker望远镜、KDUST(具有SYZ中继镜的折轴系统)等几种典型望远镜系统的模拟,验证了该算法的有效性。同时对影响该算法精度的噪声及离焦量等进行了数值分析。

4、在相干光源的情况下,离焦图像对各阶zernike多项式系数的偏导数具有解析表达式。本文对解析表达式进行了推导,并将其与差分近似表达式相比较。利用这两种方法,得到的基于单幅离焦图像的波前恢复结果基本相似。通过对宽带光源情况的模拟分析,验证了差分近似也适用于非相干光源的波前恢复。
Subject Area天文技术与方法
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.niaot.ac.cn/handle/114a32/845
Collection中国科学院南京天文光学技术研究所_学位论文
望远镜新技术研究室_学位论文
Affiliation中科院南京天文光学技术研究所
Recommended Citation
GB/T 7714
吴之旭. 基于光强分布的波前恢复算法及其在天文望远镜中的模拟应用[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2015.
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