【摘要】： “大天區(qū)面積多目標光纖光譜望遠鏡”項目(Large Sky Area Multi-object Optical Spectroscopic Telescope，LAMOST)，是我國天文學(xué)家提出的一種大口徑兼?zhèn)浯笠晥龅姆瓷涫绞┟芴毓鈱W(xué)望遠鏡，是我國正在進行的一項大型科學(xué)工程項目。根據(jù)其總體設(shè)計，需要在直徑為1.75米的焦面板上精確定位有4000根光纖。 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)精密機械與精密儀器系邢曉正教授開創(chuàng)性提出基于分區(qū)思想的并行可控式雙回轉(zhuǎn)光纖定位方案。該方案在技術(shù)上具有很多優(yōu)點：定位快速、可實時補償溫度及大氣折射等引起的誤差、光纖端部可直接對準星像、觀測無盲區(qū)、4000個定位單元具有相同的組件，加工可靠性高。要實現(xiàn)上面的這些優(yōu)點，關(guān)鍵在于系統(tǒng)的準確定位以及高效率觀測，前者保證了LAMOST可以觀測到星像，后者保證了LAMOST的星像觀測效率。 為了檢驗系統(tǒng)的定位準確性，需要對光纖端部的幾何位置進行檢測。傳統(tǒng)的位置測量方法如三坐標測量機、經(jīng)緯儀對以及三維激光跟蹤儀，并不適合于眾多目標點的非接觸實時檢測。根據(jù)LAMOST焦面系統(tǒng)光纖位置檢測中視場較大，光纖目標離散分布等特點，提出了分區(qū)攝影測量的方法。對這樣大視場內(nèi)的眾多光纖位置進行檢測，目前沒有前人經(jīng)驗可以借鑒，因此十分有必要對其中涉及的問題進行系統(tǒng)的研究。本文針對檢測系統(tǒng)構(gòu)建所涉及的關(guān)鍵技術(shù)及存在的問題，從理論、方法和實驗上對CCD檢測系統(tǒng)的檢測穩(wěn)定性、檢測系統(tǒng)的模型建模方法、攝像機成像參數(shù)的局部標定方法和全局標定方法、視場的覆蓋方法以及空間坐標檢測算法等方面進行了深入的研究和探討，這部分研究為最終LAMOST光纖位置檢測的實現(xiàn)提供了一條可行的思路。 在星像觀測規(guī)劃的研究中，將星像分配映射到構(gòu)造的網(wǎng)絡(luò)上，提出了應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)算法進行星像分配優(yōu)化的方法，提高了觀測效率。針對算法的具體實現(xiàn)以及在LAMOST天區(qū)覆蓋問題中的應(yīng)用進行了詳細研究，為最終LAMOST觀測規(guī)劃的實現(xiàn)作了比較充分的準備。 論文的主要內(nèi)容包括： 1．通過實驗來評定CCD檢測系統(tǒng)在不同條件下的測量穩(wěn)定性，實驗包括靜止光纖的位置測量與光纖處于不同位置時的距離測量。尋找影響測量穩(wěn)定性的因素，采取相應(yīng)措施減少測量誤差，并對測量誤差進行分析。 2．從攝像機的簡單三角幾何成像模型—針孔模型出發(fā)建立了符合實際情況的攝像機非線性成像模型。在此模型的基礎(chǔ)上，分析了影響檢測誤差的相關(guān)因素，尤其是檢測誤差與圖像構(gòu)形結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系，為參數(shù)的選取提供了參考。 3．討論了攝像機參數(shù)的標定方法，根據(jù)其內(nèi)參數(shù)不易變動，，而空間姿態(tài)不斷變化的特點，通過傳統(tǒng)的局部標定方法標定攝像機內(nèi)參數(shù)，基于全局標定方法求解攝像機空間姿態(tài)。這種方法在一定程度上減輕了勞動強度，減少了坐標轉(zhuǎn)換，保證了攝像機在標定狀態(tài)和檢測狀態(tài)間的一致性。 4．詳細討論了目標點空間坐標計算過程中涉及到的同名像點匹配與測量誤差處理問題，提出空間坐標比較的方法來解決同名像點匹配，并通過光線束平差法，整體的同時求解攝像機空間姿態(tài)與目標點空間坐標，這將有利于測量誤差的消除。 5．在所研究的理論和方法的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了由高精度科學(xué)級CCD攝像機為主體的空間坐標檢測系統(tǒng)，進行了全局標定實驗和坐標檢測實驗。測量結(jié)果表明這套檢測系統(tǒng)的標定誤差可達0.015mm，600mm×600mm視場內(nèi)光纖位置的檢測誤差不大于0.03mm。 6．在現(xiàn)有LAMOST焦面觀測規(guī)劃基礎(chǔ)上將網(wǎng)絡(luò)流算法應(yīng)用于其中，詳細闡述了算法的實現(xiàn)步驟，提高了觀測效率與光纖利用率，最后基于最小費用流算法探討了LAMOST天區(qū)覆蓋問題。 本文對LAMOST焦面光纖定位系統(tǒng)研制中的兩個重要問題：離散目標的位置檢測及星像觀測規(guī)劃，從理論上和實踐上進行了深入的研究和探討。測量不同條件下的光纖位置和光纖間距離，通過實驗數(shù)據(jù)全面的分析了影響測量穩(wěn)定性的相關(guān)因素；提出基于分區(qū)思想的攝影測量方法，構(gòu)建了CCD坐標檢測系統(tǒng)；提出應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)算法進行星像分配優(yōu)化的方法，并對它進行實現(xiàn)。這些研究將為最終LAMOST焦面光纖定位系統(tǒng)的研制提供寶貴的實踐經(jīng)驗與可靠的理論基礎(chǔ)。
【圖文】：

式即采用了直接拼接法{37]，將10片2無x4k的芯片拼接在一起成為一個大視場的成像系統(tǒng)，該望遠鏡焦平面尺寸162mm，相機靶面大小12侃 x16cTn，可一次觀測3平方度的天區(qū)，成像系統(tǒng)如圖1一3所示。圖1一3:口本Bisei天區(qū)觀測中心的l米天文望遠鏡成像系統(tǒng)顯示圖通過光學(xué)系統(tǒng)分光的方法進行光學(xué)拼接同樣可以達到增大成像視場的目的，長春光學(xué)精密機械與物理研究所采用單心球透鏡將視場光路分割為9個獨立的部分郎}，并通過9個CCD攝像機獨立成像，最終實現(xiàn)了較大視場的檢測，光路原理如圖1一4所示.

本文編號：2616703