一种空间采样率可变的哈特曼波前传感器的研究

论文摘要

在天文自适应光学中,观测条件是不断变化的。当观测条件良好时,高采样率的哈特曼波前传感器具有更高的测量精度;而当观测条件恶劣时,低采样率的哈特曼波前传感器才能实现对目标的有效探测。然而,经典的哈特曼波前传感器实现变采样率测量的途径还不多,且存在一些不足。经典的哈特曼波前传感器采用平面波进行标定,这不利于其实现变采样率测量。本文对采用球面波标定的哈特曼波前传感器(简称“球面哈特曼传感器”)展开了研究,并且提供一种实现变采样率的方案。本文对球面哈特曼传感器实现变采样率的诸多细节进行了讨论,分析了变采样率对球面哈特曼传感器的主要性能参数的影响,然后根据光波传播的角谱理论建立了球面哈特曼传感器的MATLAB数值仿真,并对球面哈特曼传感器的性能进行了讨论。最后,本文搭建了球面哈特曼传感器的简易实验平台,分别在强光环境和弱光环境下利用球面哈特曼传感器实现了变采样率测量。在强光环境下,球面哈特曼传感器的绝对测量精度(残差的RMS)优于1/25(λ=635nm),相对测量精度(残差的相对RMS)小于9%。在弱光环境下,球面哈特曼传感器通过降低采样率成功提高了测量精度,验证了球面哈特曼传感器可以通过变采样率提高对不同观测条件的适应能力。

论文目录

摘要

abstract

第1章绪论

1.1 引言

1.2 哈特曼波前传感器的发展历史

1.3 可变采样率的哈特曼波前传感器

1.4 本文的研究内容

第2章球面哈特曼传感器的工作原理

2.1 经典的哈特曼传感器实现变采样率测量的局限性

2.2 球面哈特曼传感器的测量结构

2.3 球面哈特曼传感器的可行性分析

2.3.1 聚焦透镜的作用

2.3.2 子透镜不同视场成像的几何像差

2.4 球面哈特曼传感器测量波前的基本步骤

2.4.1 质心估计算法

2.4.2 斜率估计原理

2.4.3 Zernike模式法波前复原

2.5 本章小结

第3章球面哈特曼传感器的变采样率测量

3.1 变采样率测量的方案

3.2 非共轭像差的修正方法

3.3 关于光电传感器的最佳位置的讨论

3.4 球面哈特曼传感器主要性能参数

3.5 变采样率对性能参数的影响

3.6 本章小结

第4章球面哈特曼传感器的数值仿真

4.1 光波传播的角谱理论

4.2 数值仿真流程

4.3 仿真中的离散化处理

4.3.1 空间采样率

4.3.2 空间频域采样率

4.4 球面哈特曼传感器的波前复原仿真

15项Zernike波前的仿真测量结果'> 4.4.1 第2¹5项Zernike波前的仿真测量结果

4.4.2 随机波前的仿真测量结果

4.4.3 高斯噪声对复原精度的影响

4.5 光电传感器的位置对光斑图像和测量精度的影响

4.6 球面哈特曼传感器的变采样率测量仿真

4.6.1 无噪声的情况

4.6.2 存在高斯噪声的情况

4.7 本章小结

第5章球面哈特曼传感器的变采样率实验平台

5.1 实验设备介绍

5.2 平台的装调与对准

5.3 球面哈特曼传感器的测量步骤

5.3.1 标定光斑图像的获取

5.3.2 被测波前的光斑图像的获取

5.3.3 光斑图像数据的处理

5.4 球面哈特曼传感器的变采样率测量结果

5.4.1 观测条件良好时的变采样率测量结果

5.4.2 观测条件恶劣时的变采样率测量结果

5.5 影响实验测量精度的主要原因

5.6 本章小结

第6章总结与展望

6.1 总结

6.2 本文的创新点

6.3 下一步可以开展的工作

参考文献

致谢

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 魏文举

导师: 饶学军,黄林海

关键词: 波前探测,哈特曼波前传感器,球面波标定,变采样率,数值仿真

来源: 中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 天文学,自动化技术

单位: 中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)

分类号: TP212;P111

总页数: 79

文件大小: 2267K

下载量: 104

一种空间采样率可变的哈特曼波前传感器的研究

论文摘要

论文目录

文章来源

相关论文文献

猜你喜欢