【摘要】：為追求更高的觀測分辨能力,近年來望遠鏡向著長焦距、大口徑的方向不斷發(fā)展。目前大口徑望遠鏡主要分為兩類:單一主鏡型望遠鏡和拼接主鏡型望遠鏡。目前世界上已建成的直徑大于4米的大口徑望遠鏡約有30余臺。而以現(xiàn)有的技術(shù)水平,建造口徑達十米甚至幾十米的單一主鏡望遠鏡,無論從鏡面材料制備、加工檢測、支撐結(jié)構(gòu)還是運輸發(fā)射或造價方面,都存在極大挑戰(zhàn)。拼接型望遠鏡的出現(xiàn),極大地降低主鏡質(zhì)量、加工成本和制造周期,同時可以將各個子鏡發(fā)射到指定軌道,進行在軌組裝或展開,降低運輸發(fā)射成本及難度。然而,采用多鏡面拼接方法組成的大口徑望遠鏡也面臨一系列技術(shù)挑戰(zhàn),其中最為困難的是組成大口徑主鏡的各子鏡之間共相誤差校正問題。研究人員認為各拼接子鏡鏡面的共相位誤差的RMS值需小于30nm,其拼接主鏡才能達到等同口徑單鏡的光學性能。僅僅依靠傳統(tǒng)的機械裝調(diào)無法到達上述精度,有必要構(gòu)建主動光學系統(tǒng)并應用到大口徑拼接型望遠鏡的共相誤差檢測之中。本文根據(jù)拼接型大口徑望遠鏡研制需求,圍繞基于相位差(Phase Diversity)算法的共相誤差探測及圖像復原等關(guān)鍵問題展開研究,論文的主要研究工作如下:1.研究了拼接型大口徑望遠鏡主動光學系統(tǒng)的主要任務,系統(tǒng)構(gòu)成、波前傳感流程及關(guān)鍵技術(shù)。為使拼接望遠鏡成像質(zhì)量接近衍射極限水平,傳統(tǒng)的機械裝調(diào)已無法實現(xiàn),必須建立主動光學系統(tǒng)。主動光學系統(tǒng)主要包括波前傳感系統(tǒng),位姿解算系統(tǒng)以及位姿調(diào)整系統(tǒng)。波前傳感流程主要包括子鏡粗共焦、子鏡識別及搜索、粗共位相及精共位相。2.調(diào)研和對比了各種波前探測技術(shù),最終確定使用相位差算法進行精共相誤差的校正。為實現(xiàn)大范圍、高精度的波前檢測,波前傳感系統(tǒng)采用分級檢測、逐步收斂的策略。首先使用如shack-hartmann傳感器、色散條紋儀等實現(xiàn)共相誤差粗步校正。相位差算法具有精度高,同時適用于點源及擴展目標,既能測量連續(xù)像差,也能測量如共相誤差類的不連續(xù)像差,及光路簡單等優(yōu)點,因此被用于拼接鏡系統(tǒng)的精共位相調(diào)整。3.利用matlab完成了拼接鏡望遠鏡系統(tǒng)光學模型的建立。利用相位差算法基本原理求取子鏡共相誤差系數(shù)時,對比了多種數(shù)值優(yōu)化算法,如遺傳算法,共軛梯度法,有限內(nèi)存bfgs算法等。由于bfgs算法良好的數(shù)值效果和快速的收斂特性,選取bfgs算法實現(xiàn)共相誤差系數(shù)的求解。4.傳統(tǒng)bfgs算法只對凸函數(shù)具有全局收斂性,對于非凸的目標函數(shù)會陷入局部極值,導致波前探測的失敗。對此提出了使用一種改進的bfgs算法,使其對于非凸目標函數(shù)也具有全局收斂性,保證針對不同觀測目標在不同像差情況下搜索到全局最優(yōu)解,從而求解出正確的波前誤差系數(shù)。5.相位差算法為基于圖像的波前探測方法,由ccd采集的圖像不可避免地受到噪聲的污染,如光子噪聲、讀出噪聲,從而導致波前探測精度及圖像恢復質(zhì)量的下降。對此提出了一種有效的正則化參數(shù)估計策略,能有效提高算法的抗噪能力及圖像恢復效果。6.分析了基于離焦模式的相位差波前探測技術(shù)在實際應用中可能存在的誤差因素,包括焦面位置誤差,離焦量誤差,圖像配準誤差,曝光延時誤差以及相機噪聲誤差等。提出了通過改進相位差算法本身的誤差消除辦法,在不加入其他輔助校正措施的基礎上,能大幅度提高波前探測精度,為相位差波前探測技術(shù)在實際工程中的應用提供了重要的技術(shù)支持。7.針對傳統(tǒng)相位差算法計算量大、復雜,容易陷入局部極值等缺點,提出了實時波前探測技術(shù)。通過一階泰勒展開式將光學傳遞函數(shù)線性化,建立采集圖像和波前像差直接的線性關(guān)系,利用最小二乘估計法求得原始波前像差,實現(xiàn)了對共相誤差高精度實時測量。8.根據(jù)實驗室項目進展的具體情況,設計了具體可行的實驗方案,搭建光學實驗平臺,驗證了算法的可行性和正確性。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(長春光學精密機械與物理研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.41

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李強;沈忙作;;基于相位差法的波前檢測技術(shù)[J];光電工程;2006年11期

2 杜威;湯寶平;陳仁祥;;基于頻譜細化和相位差校正的全息譜研究[J];中國機械工程;2011年21期

3 林達斌;江亞群;黃純;吳樂鵬;黃娟;;基于Flat-top窗的雙譜線相位差頻率測量算法[J];計算機應用研究;2012年06期

4 孫大有 ,章建洛 ,王韻生;相位差法測量激光束頻率穩(wěn)定度的研究[J];電子器件;1987年01期

5 丁康,鐘舜聰;通用的離散頻譜相位差校正方法[J];電子學報;2003年01期

6 李斐;饒長輝;;相位差法波前傳感系統(tǒng)自身誤差的分析及消除方法[J];強激光與粒子束;2011年03期

7 丁康,羅江凱,謝明;離散頻譜時移相位差校正法[J];應用數(shù)學和力學;2002年07期

8 黃翔東;王兆華;;基于全相位頻譜分析的相位差頻譜校正法[J];電子與信息學報;2008年02期

9 安國臣;張秀清;王曉君;孟志永;;離散頻譜的加權(quán)相位差校正方法[J];信號處理;2012年01期

10 胡一峰;劉順蘭;;基于Rife算法和相位差法的正弦信號頻率估計[J];杭州電子科技大學學報;2013年02期

相關(guān)會議論文 前1條

1 丁康;鐘舜聰;;通用的離散頻譜相位差校正方法[A];第十屆全國信號處理學術(shù)年會（CCSP-2001）論文集[C];2001年

相關(guān)博士學位論文 前1條

1 岳丹;基于相位差算法的拼接鏡共相誤差探測與圖像復原的研究[D];中國科學院研究生院(長春光學精密機械與物理研究所);2016年

相關(guān)碩士學位論文 前3條

1 聶良春;多波束相位差法海底TOA估計理論分析及實用性研究[D];哈爾濱工程大學;2003年

2 于學剛;相位差法波前探測器設計[D];中國科學院研究生院（云南天文臺）;2008年

3 李軍;淺海多波束測深回波信號建模及波達時間研究[D];南京航空航天大學;2006年

，

本文編號：2464476