本文關鍵詞：天文成像系統(tǒng)中的若干關鍵技術研究

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【摘要】：隨著科學技術的進步和我國綜合國力的提升,我國對地基大型光學望遠鏡和極地光學望遠鏡等相關天文科學儀器方面的發(fā)展越來越重視。天文成像系統(tǒng)是實現天文科學研究的重要設備,其功能結構根據環(huán)境以及被觀測對象特點的差異而不同,其研制與實現本身就是對相關關鍵技術的研究和攻克。在本論文中,主要對極端溫度環(huán)境下的溫度控制技術以及近紅外天光的微弱信號探測相關技術進行了研究,并實現了相應的技術需求。在天文觀測中,光學系統(tǒng)的穩(wěn)定是整個系統(tǒng)長期運行的關鍵保證之一,對處于南極內陸的天文成像系統(tǒng)這一點尤為重要,對于極端環(huán)境中的溫度敏感型光學部件進行溫度控制是確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關鍵。南極亮星巡天望遠鏡中需要進行溫度控制的部件是處于CCD相機前方的機械快門,其保溫空間狹小,緊鄰CCD封窗玻璃,對溫度的控制和保溫結構的設計以及電子學性能等方面存在諸多新的挑戰(zhàn)。本文中結合傳熱學基礎理論,對保溫需求進行了深入分析,在結構、溫度控制電路和控制算法等方面展開了深入研究,對涉及的保溫結構方案,加熱方案,電子學功能模塊以及算法等方面的設計進行了具體的介紹,對低溫環(huán)境下部分電子學元件的性能漂移的影響及其解決方案進行了分析研究。設計研制了針對南極亮星巡天望遠鏡快門的溫度控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)在-86℃環(huán)境中經過長期的性能測試,目前已在南極中山站穩(wěn)定運行至今。近紅外天光強度是我國發(fā)展紅外天文望遠鏡中非常重要的參數之一,主要測量觀測站點上空J、H、K三個大氣窗口內天光強度。對于天文望遠鏡來說,其強度會影響望遠鏡的巡天深度、曝光時間,并能夠評估觀測站點計劃建造的望遠鏡的口徑與其科學產出的關系,避免觀測站點對望遠鏡口徑的過分追求。發(fā)展針對天光強度信號進行探測的技術對已建造的望遠鏡和規(guī)劃中的望遠鏡均具有重要的意義。然而,我國目前一直缺乏自主研發(fā)的近紅外天光測量系統(tǒng)。近紅外天光信號中常�；祀s著環(huán)境的各種干擾信號,使得對天光信號的探測變得異常困難�？紤]到天文觀測的需求,測量系統(tǒng)具有對微弱信號探測以及自動化觀測的能力,因此論文對近紅外探測器的前置放大器、ADC與數據采集模塊、真空制冷與機電技術以及數據處理算法進行了重點研究。為了降低噪聲,對探測器進行深度制冷,前置放大器采用跨阻型放大器減少前放部分的噪聲貢獻。設計機電設備用以實現自動化觀測。為了匹配天光強度的動態(tài)范圍,設計高精度ADC及其數據采集模塊。在提升信噪比方面,采用波形調制與正交矢量型數字鎖相算法對探測器信號進行提取。目前已經完成了近紅外天光測量原型樣機,并實現了對南極天空流量相當的黑體響應的測量。在本論文的工作中,成功實現了南極亮星巡天望遠鏡快門的極端環(huán)境溫度控制和近紅外天光測量系統(tǒng)的微弱信號探測。將實現天文成像系統(tǒng)所需的相關技術進行了有效的融合,并取得了一些研究成果。本論文的創(chuàng)新之處如下:(1)采用了保溫腔結構與電子學相結合的研究模式,實現了在-86℃下對南極亮星巡天望遠鏡快門的高精度溫度控制。所設計的溫度控制系統(tǒng)本身無需保溫,可在-86℃環(huán)境穩(wěn)定使用,通過控制算法實現0.0782℃的溫控穩(wěn)定度,并消除了低溫下溫度控制的不安全性。(2)研制了真空、低溫、光機電一體化的深度制冷系統(tǒng),通過冷鏈和絕熱設計,使探測器的制冷深度低至61.4K。光機系統(tǒng)采用不同于國外方案的非制冷方式,大幅降低制冷機負載,且自身發(fā)射并不會顯著提升內部噪聲。(3)對微弱的近紅外天光背景信號,利用深度制冷技術降低探測器噪聲,利用交流調制技術去除1/f噪聲,采用正交矢量型鎖相技術以及相應的讀出電路對信號進行有效測量,研制了面向南極近紅外天光背景測量儀的原型系統(tǒng)。
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：P111

【參考文獻】

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1 劉曉為;;LAMOST銀河系大規(guī)模光譜巡天計劃的進展和展望[J];物理;2015年04期

2 盧海平;袁祥巖;張凱元;;南極紅外巡天望遠鏡紅外背景輻射抑制方法[J];光學學報;2014年11期

3 趙永恒;;大規(guī)模天文光譜巡天[J];中國科學:物理學 力學 天文學;2014年10期

4 劉姝娟;金滔;湯珂;沙龍;;銦絲密封件低溫密封性能實驗研究[J];低溫工程;2013年01期

5 闞捷華;;幾種墻體保溫材料的保溫、安全及防火性能的研究[J];工程建設;2009年02期

6 褚耀泉;;LAMOST科學觀測計劃[J];中國科學技術大學學報;2007年06期

7 孫志堅,孫瑋,傅加林,秦悅慧;國內絕熱保溫材料現狀及發(fā)展趨勢[J];能源工程;2001年04期

8 李雨康,張世榮;深冷絕熱材料的探討[J];中國海洋平臺;2001年03期

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本文編號：1305183