【摘要】：為獲得高分辨率的太陽(yáng)二維磁場(chǎng)數(shù)據(jù),NVST磁像儀采用了“同光程異構(gòu)圖像重建”技術(shù),通過(guò)信噪比高的光球圖像獲取大氣傳遞函數(shù)來(lái)重建信噪比低的窄帶偏振圖像。這就對(duì)數(shù)據(jù)采集和控制提出了極高的要求,一是如何連續(xù)高速同步地采集兩個(gè)通道的大量短曝光斑點(diǎn)圖,并保證兩個(gè)通道的每幀斑點(diǎn)圖嚴(yán)格在時(shí)間上和空間上同步,二是如何保證用以統(tǒng)計(jì)重建的一組序列斑點(diǎn)圖嚴(yán)格與偏振分析器的調(diào)制狀態(tài)同步。為此,本論文開(kāi)展了NVST磁像儀控制系統(tǒng)的相關(guān)研究工作。論文首先介紹了NVST高分辨率磁像儀設(shè)計(jì)的思想、采用的關(guān)鍵技術(shù)和國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)發(fā)展概況。通過(guò)分析基于“同光程異構(gòu)圖像重建”技術(shù)的磁像儀對(duì)控制系統(tǒng)的要求,包括切入切出系統(tǒng)、采集系統(tǒng)、偏振調(diào)制系統(tǒng)、濾光器以及遠(yuǎn)程控制等方面控制需求,闡述了控制系統(tǒng)的重點(diǎn)和難點(diǎn),給出了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和基本工作流程。著重研究如何實(shí)現(xiàn)兩個(gè)通道大量短曝光斑點(diǎn)圖序列在高時(shí)空精度同步下連續(xù)同步地采集,給出了系統(tǒng)的詳細(xì)同步時(shí)序設(shè)計(jì)和兩通道sCMOS相機(jī)的幀曝光時(shí)序同步測(cè)試結(jié)果,并進(jìn)行了同步采集實(shí)驗(yàn),給出了同步采集斑點(diǎn)圖的高分辨率統(tǒng)計(jì)重建結(jié)果,證明了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和時(shí)序能滿足“同光程異構(gòu)圖像重建”技術(shù)對(duì)序列斑點(diǎn)圖采集的要求。進(jìn)而詳細(xì)介紹了NVST高分辨率磁像儀的兩套偏振分析器:基于KD*P與旋轉(zhuǎn)波片偏振調(diào)制的基本原理,以及偏振調(diào)制裝調(diào)與兩通道序列斑點(diǎn)圖同步的要求,分別就兩種偏振調(diào)制方試設(shè)計(jì)了同步控制時(shí)序并進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試和實(shí)驗(yàn),初步獲得了NVST高分辨率磁像儀對(duì)日面試觀測(cè)的偏振圖像。通過(guò)對(duì)NVST高分辨率磁像儀控制系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的分析和設(shè)計(jì),以及大量的測(cè)試和實(shí)驗(yàn),論證了控制系統(tǒng)能滿足NVST高分辨率磁像儀功能和性能指標(biāo)要求,NVST磁像儀控制系統(tǒng)能高效穩(wěn)定地工作。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái))
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P111.41
【圖文】：

第 1 章 引言1.1 研究背景太陽(yáng)磁場(chǎng)及其變化是太陽(yáng)爆發(fā)并導(dǎo)致災(zāi)害性空間天氣的主要因素，太陽(yáng)大氣的高分辨率二維磁場(chǎng)是當(dāng)今太陽(yáng)物理主流研究不可缺少的數(shù)據(jù)。為進(jìn)一步提高一米新真空太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡（New Vacuum Solar Telescope，簡(jiǎn)稱 NVST）的觀測(cè)能力[1]，獲得與其多通道高分辨率成像觀測(cè)系統(tǒng)空間分辨率相匹配的二維磁圖，NVST 正研制一臺(tái)高分辨率的二維磁場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱磁像儀）[2]，工作在 532.419nm 波段，以獲得太陽(yáng)光球的磁場(chǎng)。NVST 高分辨率磁像儀垂直懸掛安裝在儀器旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的最上層與中層之間，由于光路相互干涉，與 NVST 的大色光譜儀和多波段光譜儀分時(shí)復(fù)用，需要觀測(cè)時(shí)切入光路，不觀測(cè)時(shí)切出光路，整體布局如圖 1.1 所示。

圖 1.2 NVST 高分辨率磁像儀NVST 高分辨率磁像儀對(duì)對(duì)數(shù)據(jù)采集和控制提出了極高的要求，一是如何連續(xù)高速同步地采集兩個(gè)通道的大量短曝光斑點(diǎn)圖，并保證兩個(gè)通道的每幀斑點(diǎn)圖嚴(yán)格在時(shí)間上和空間上同步，二是如何保證用以統(tǒng)計(jì)重建的一組序列斑點(diǎn)圖嚴(yán)格與偏振分析器的調(diào)制狀態(tài)同步。除此之外，控制系統(tǒng)還需要考慮磁像儀與光譜儀分時(shí)復(fù)用的切換控制、濾光器的偏帶調(diào)整、以及與望遠(yuǎn)鏡控制系統(tǒng)融合等。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前對(duì)太陽(yáng)磁場(chǎng)的測(cè)量均是通過(guò)一些與磁場(chǎng)相關(guān)的物理效應(yīng)來(lái)間接進(jìn)行的，例如塞曼效應(yīng)和漢勒效應(yīng)。塞曼效應(yīng)泛指原子光譜在外磁場(chǎng)中出現(xiàn)分裂的現(xiàn)象，分裂后的譜線將隨著磁場(chǎng)位形的不同而具有不同的偏振狀態(tài)。因此，測(cè)量由四個(gè)斯托克斯參數(shù)（I、Q、U、V）來(lái)表述的太陽(yáng)輻射偏振狀態(tài)，就可得出太陽(yáng)大氣

圖 2.2 NVST 高分辨率磁像儀結(jié)構(gòu)圖磁像儀控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)為一個(gè)分布式系統(tǒng)，通過(guò)一個(gè)中慮與望遠(yuǎn)鏡控制系統(tǒng)的集成，總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2.3 所 輸入輸出口（簡(jiǎn)稱 IO 口）、串口、以太網(wǎng)與外圍系統(tǒng)傳遞主要產(chǎn)生兩個(gè)圖像采集相機(jī)的外觸發(fā)同步時(shí)序，并獲取當(dāng)偏振分析器采用 KD*P 調(diào)制時(shí)，IO 口還需采集 KD*P。串口主要是與濾光器控制器交互命令和狀態(tài)信息，對(duì)偏。以太網(wǎng)主要是與望遠(yuǎn)鏡控制系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)信息交互，對(duì)，以及提供對(duì)磁像儀進(jìn)行遠(yuǎn)程操控等。

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本文編號(hào)：2805447