【摘要】：為獲得高分辨率的太陽二維磁場數(shù)據(jù),NVST磁像儀采用了“同光程異構(gòu)圖像重建”技術(shù),通過信噪比高的光球圖像獲取大氣傳遞函數(shù)來重建信噪比低的窄帶偏振圖像。這就對數(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通道的大量短曝光斑點圖,并保證兩個通道的每幀斑點圖嚴(yán)格在時間上和空間上同步,二是如何保證用以統(tǒng)計重建的一組序列斑點圖嚴(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)計的思想、采用的關(guān)鍵技術(shù)和國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)發(fā)展概況。通過分析基于“同光程異構(gòu)圖像重建”技術(shù)的磁像儀對控制系統(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)的重點和難點,給出了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計和基本工作流程。著重研究如何實現(xiàn)兩個通道大量短曝光斑點圖序列在高時空精度同步下連續(xù)同步地采集,給出了系統(tǒng)的詳細(xì)同步時序設(shè)計和兩通道sCMOS相機(jī)的幀曝光時序同步測試結(jié)果,并進(jìn)行了同步采集實驗,給出了同步采集斑點圖的高分辨率統(tǒng)計重建結(jié)果,證明了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和時序能滿足“同光程異構(gòu)圖像重建”技術(shù)對序列斑點圖采集的要求。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)與兩通道序列斑點圖同步的要求,分別就兩種偏振調(diào)制方試設(shè)計了同步控制時序并進(jìn)行了相關(guān)測試和實驗,初步獲得了NVST高分辨率磁像儀對日面試觀測的偏振圖像。通過對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,以及大量的測試和實驗,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】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院云南天文臺)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：P111.41
【圖文】：

第 1 章 引言1.1 研究背景太陽磁場及其變化是太陽爆發(fā)并導(dǎo)致災(zāi)害性空間天氣的主要因素，太陽大氣的高分辨率二維磁場是當(dāng)今太陽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望遠(yuǎn)鏡（New Vacuum Solar Telescope，簡稱 NVST）的觀測能力[1]，獲得與其多通道高分辨率成像觀測系統(tǒng)空間分辨率相匹配的二維磁圖，NVST 正研制一臺高分辨率的二維磁場測量系統(tǒng)（簡稱磁像儀）[2]，工作在 532.419nm 波段，以獲得太陽光球的磁場。NVST 高分辨率磁像儀垂直懸掛安裝在儀器旋轉(zhuǎn)平臺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復(fù)用，需要觀測時切入光路，不觀測時切出光路，整體布局如圖 1.1 所示。

圖 1.2 NVST 高分辨率磁像儀NVST 高分辨率磁像儀對對數(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通道的大量短曝光斑點圖，并保證兩個通道的每幀斑點圖嚴(yán)格在時間上和空間上同步，二是如何保證用以統(tǒng)計重建的一組序列斑點圖嚴(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 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前對太陽磁場的測量均是通過一些與磁場相關(guān)的物理效應(yīng)來間接進(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中出現(xiàn)分裂的現(xiàn)象，分裂后的譜線將隨著磁場位形的不同而具有不同的偏振狀態(tài)。因此，測量由四個斯托克斯參數(shù)（I、Q、U、V）來表述的太陽輻射偏振狀態(tài)，就可得出太陽大氣

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)計為一個分布式系統(tǒng)，通過一個中慮與望遠(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（簡稱 IO 口）、串口、以太網(wǎng)與外圍系統(tǒng)傳遞主要產(chǎn)生兩個圖像采集相機(jī)的外觸發(fā)同步時序，并獲取當(dāng)偏振分析器采用 KD*P 調(diào)制時，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，以及提供對磁像儀進(jìn)行遠(yuǎn)程操控等。

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本文編號：2805447