AIMS太陽望遠鏡中像旋對穩(wěn)像精度的影響分析
發(fā)布時間：2021-04-06 16:25
針對用于太陽磁場精確測量的中紅外觀測系統(tǒng)（Accurate Infrared Magnetic field measurements of the Sun, AIMS）太陽望遠鏡地平式機架在跟蹤目標時像場旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象,研究了像場旋轉(zhuǎn)對穩(wěn)像系統(tǒng)校正精度的影響。首先理論分析了互相關(guān)因子算法和絕對差分算法在不同湍流強度及不同探測窗口大小時由像場旋轉(zhuǎn)引起的計算誤差。隨后在光學分析軟件ASAP（Advanced Systems Analysis Program）中建立了包含裝配誤差的望遠鏡系統(tǒng)動態(tài)光學模型,統(tǒng)計了折軸系統(tǒng)裝配誤差在望遠鏡實時跟蹤太陽運動時引起的像場平移及旋轉(zhuǎn)。其中,圖像在半小時內(nèi)的最大平移約為0.3 mm,最大像旋約為200″。結(jié)果表明,在現(xiàn)有的誤差分配情況下,裝配誤差引起的像旋對穩(wěn)像精度的影響很小,而為了獲得較高的穩(wěn)像精度,互相關(guān)因子算法是首選的穩(wěn)像算法,且在硬件處理速度允許的情況下,應(yīng)該選擇128×128像素的探測窗口。
【文章來源】：天文研究與技術(shù). 2020,17(03)CSCD
【文章頁數(shù)】：8 頁
【部分圖文】：
不同大氣湍流情況下的太陽米粒組織成像結(jié)果。
對于地平式望遠鏡,像場旋轉(zhuǎn)主要由折軸系統(tǒng)跟蹤目標引起,為了研究折軸系統(tǒng)誤差對穩(wěn)像精度的影響,在對AIMS望遠鏡及穩(wěn)像系統(tǒng)的集成建模時,對建模工具提出了以下要求:(1)建立準確的光學系統(tǒng)模型并實現(xiàn)光線追跡成像;(2)方便修改光學元件的參數(shù),如平移、旋轉(zhuǎn)等,實現(xiàn)對望遠鏡機架實時運動的模擬。綜合考慮以上要求,選用BRO(Brault Research Organizaition)公司開發(fā)的光學分析軟件ASAP作為集成建模的主體軟件。它能夠快速進行光線追跡,實現(xiàn)對折射、衍射、干涉的高精度仿真分析。除此之外,通過ASAP腳本語言不僅可以方便地搭建光學系統(tǒng)并修改任意光學元件參數(shù),也能通過調(diào)用外部可執(zhí)行程序?qū)?shù)據(jù)進行交互處理。圖3為通過ASAP軟件建立的望遠鏡系統(tǒng)的示意圖。系統(tǒng)主要分為5部分:離軸格里高利系統(tǒng)(M1～M2)、折軸系統(tǒng)(M3～M6)、消旋鏡(MR1～MR5)、準直折軸系統(tǒng)(M7～M8)及穩(wěn)像系統(tǒng)(M9、探測CCD、計算與控制單元)。在折軸系統(tǒng)中,M4到M5的主光線與高度旋轉(zhuǎn)軸重合,M6反射的主光線與方位旋轉(zhuǎn)軸重合。穩(wěn)像系統(tǒng)中,擺鏡采用PI公司的S-340壓電偏擺臺,最大偏轉(zhuǎn)角為±1 mrad,穩(wěn)像光路總焦距為125 mm,因此,擺鏡能校正的成像面最大平移為
其中,?為觀測地的緯度;δ和H分別為天體的赤緯和時角;A和E分別為天體的方位角和高度角。在圖3的太陽望遠鏡系統(tǒng)中,M1～M4的位置相對固定并隨著高度軸和方位軸旋轉(zhuǎn),M5～M6的位置相對固定并隨著方位軸旋轉(zhuǎn),而M7所在的準直折軸系統(tǒng)與地面固定,僅起到提供準直光束的作用。在望遠鏡跟蹤目標天體時,隨著高度軸的轉(zhuǎn)動,M4與M5之間產(chǎn)生相對旋轉(zhuǎn),方位軸轉(zhuǎn)動時M6與M7之間產(chǎn)生相對旋轉(zhuǎn),因此,像方視場的旋轉(zhuǎn)角為兩軸轉(zhuǎn)動角度之和,成像目標最終的旋轉(zhuǎn)角為[12]
【參考文獻】：
期刊論文
[1]差分像運動視寧度優(yōu)化監(jiān)測法[J]. 王子躍,任德清. 天文研究與技術(shù). 2019(01)
[2]1米太陽望遠鏡光譜儀像旋轉(zhuǎn)及消旋控制[J]. 柳光乾,付玉,程向明. 天文研究與技術(shù). 2012(01)
[3]地平式望遠鏡軸系誤差對指向精度和跟蹤精度的影響[J]. 馬錦,顧伯忠. 天文研究與技術(shù). 2011(02)
[4]不同像素尺度下太陽表面米粒結(jié)構(gòu)相關(guān)跟蹤算法的有效性分析[J]. 鄭建華,饒長輝. 大氣與環(huán)境光學學報. 2010(05)
[5]1.2m地平式望遠鏡視場旋轉(zhuǎn)角的理論計算[J]. 鞠青華,李語強,熊耀恒. 天文研究與技術(shù). 2009(01)
[6]云南紅外太陽塔選址及其結(jié)果[J]. 樓柯,劉忠,吳銘蟾,盧汝為,錢蘋,張瑞龍. 云南天文臺臺刊. 2002(04)
[7]低對比度擴展目標跟蹤算法[J]. 饒長輝,姜文漢,凌寧,Jacques M.Beckers. 天文學報. 2001(03)
本文編號：3121745
【文章來源】：天文研究與技術(shù). 2020,17(03)CSCD
【文章頁數(shù)】：8 頁
【部分圖文】：
不同大氣湍流情況下的太陽米粒組織成像結(jié)果。
對于地平式望遠鏡,像場旋轉(zhuǎn)主要由折軸系統(tǒng)跟蹤目標引起,為了研究折軸系統(tǒng)誤差對穩(wěn)像精度的影響,在對AIMS望遠鏡及穩(wěn)像系統(tǒng)的集成建模時,對建模工具提出了以下要求:(1)建立準確的光學系統(tǒng)模型并實現(xiàn)光線追跡成像;(2)方便修改光學元件的參數(shù),如平移、旋轉(zhuǎn)等,實現(xiàn)對望遠鏡機架實時運動的模擬。綜合考慮以上要求,選用BRO(Brault Research Organizaition)公司開發(fā)的光學分析軟件ASAP作為集成建模的主體軟件。它能夠快速進行光線追跡,實現(xiàn)對折射、衍射、干涉的高精度仿真分析。除此之外,通過ASAP腳本語言不僅可以方便地搭建光學系統(tǒng)并修改任意光學元件參數(shù),也能通過調(diào)用外部可執(zhí)行程序?qū)?shù)據(jù)進行交互處理。圖3為通過ASAP軟件建立的望遠鏡系統(tǒng)的示意圖。系統(tǒng)主要分為5部分:離軸格里高利系統(tǒng)(M1～M2)、折軸系統(tǒng)(M3～M6)、消旋鏡(MR1～MR5)、準直折軸系統(tǒng)(M7～M8)及穩(wěn)像系統(tǒng)(M9、探測CCD、計算與控制單元)。在折軸系統(tǒng)中,M4到M5的主光線與高度旋轉(zhuǎn)軸重合,M6反射的主光線與方位旋轉(zhuǎn)軸重合。穩(wěn)像系統(tǒng)中,擺鏡采用PI公司的S-340壓電偏擺臺,最大偏轉(zhuǎn)角為±1 mrad,穩(wěn)像光路總焦距為125 mm,因此,擺鏡能校正的成像面最大平移為
其中,?為觀測地的緯度;δ和H分別為天體的赤緯和時角;A和E分別為天體的方位角和高度角。在圖3的太陽望遠鏡系統(tǒng)中,M1～M4的位置相對固定并隨著高度軸和方位軸旋轉(zhuǎn),M5～M6的位置相對固定并隨著方位軸旋轉(zhuǎn),而M7所在的準直折軸系統(tǒng)與地面固定,僅起到提供準直光束的作用。在望遠鏡跟蹤目標天體時,隨著高度軸的轉(zhuǎn)動,M4與M5之間產(chǎn)生相對旋轉(zhuǎn),方位軸轉(zhuǎn)動時M6與M7之間產(chǎn)生相對旋轉(zhuǎn),因此,像方視場的旋轉(zhuǎn)角為兩軸轉(zhuǎn)動角度之和,成像目標最終的旋轉(zhuǎn)角為[12]
【參考文獻】：
期刊論文
[1]差分像運動視寧度優(yōu)化監(jiān)測法[J]. 王子躍,任德清. 天文研究與技術(shù). 2019(01)
[2]1米太陽望遠鏡光譜儀像旋轉(zhuǎn)及消旋控制[J]. 柳光乾,付玉,程向明. 天文研究與技術(shù). 2012(01)
[3]地平式望遠鏡軸系誤差對指向精度和跟蹤精度的影響[J]. 馬錦,顧伯忠. 天文研究與技術(shù). 2011(02)
[4]不同像素尺度下太陽表面米粒結(jié)構(gòu)相關(guān)跟蹤算法的有效性分析[J]. 鄭建華,饒長輝. 大氣與環(huán)境光學學報. 2010(05)
[5]1.2m地平式望遠鏡視場旋轉(zhuǎn)角的理論計算[J]. 鞠青華,李語強,熊耀恒. 天文研究與技術(shù). 2009(01)
[6]云南紅外太陽塔選址及其結(jié)果[J]. 樓柯,劉忠,吳銘蟾,盧汝為,錢蘋,張瑞龍. 云南天文臺臺刊. 2002(04)
[7]低對比度擴展目標跟蹤算法[J]. 饒長輝,姜文漢,凌寧,Jacques M.Beckers. 天文學報. 2001(03)
本文編號：3121745
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