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大视场高分辨率光学望远镜失调数据库建模研究

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大视场高分辨率光学望远镜失调数据库建模研究

作者：展阳阳太原理工大学

学位级别：硕士

大视场高分辨率光学望远镜是一种能够观测广阔天空区域并具有高分辨率成像能力的光学望远镜。该望远镜通常具有广阔的视场,能够观测大量天体,并提供高质量图像。大视场高分辨率光学系统的成像能力源自其光学设计和仪器技术。该望远镜可... 详细信息

大视场高分辨率光学望远镜是一种能够观测广阔天空区域并具有高分辨率成像能力的光学望远镜。该望远镜通常具有广阔的视场,能够观测大量天体,并提供高质量图像。大视场高分辨率光学系统的成像能力源自其光学设计和仪器技术。该望远镜可能采用多个镜片或反射器扩大视场,同时使用高品质的光学元件和精确的定位系统来实现高分辨率成像。大视场高分辨率光学系统具有高精度、高灵敏度和高动态范围等特点,有助于科学家和工程师更好地观察和分析物体。然而,光学望远镜系统容易受到各种因素的干扰,如温度、引力和震动等,即使微小的变化也可能导致成像质量的大幅下降。因此,保持光学望远镜系统的稳定状态非常重要。但由于大多数光学望远镜系统本身是高精密仪器,直接拆卸可能会对系统造成不可逆的伤害。此外,例如天基望远镜等也无法进行人工拆卸来检查系统状态。在这种情况下,通过分析光学望远镜的点扩散函数(Point Spread Function,PSF),可以推断光学系统的工作状态,并通过校正光学系统的失调来恢复和提升成像质量。点扩散函数是用于描述光学成像系统的函数。它描述了理想点光源在成像系统中的成像效果,并常用于计算成像系统的分辨率和图像质量。当点光源进入成像系统时,由于光学透镜的折射、散射、吸收,以及光学元件的误差和镜面反射等因素,理想的点光源实际上会成像为一个扩散圆形或其他形状的光斑。点扩散函数描述了这种扩散效果。在硬件方面,通过测量点扩散函数,可以计算成像系统的分辨率和其他性能指标,从而推断光学成像系统的工作状态,并通过校正光学成像系统的失调来优化成像质量。此外,在软件方面,点扩散函数还可用作描述图像退化过程的数学模型。图像退化通常可以视为一种线性模型,即原始图像与点扩散函数进行卷积,再加上噪声等因素。因此,可以通过点扩散函数对图像进行复原和修复,进一步提升图像质量。因此,本文提出以下两项工作:(1)利用光学望远镜的数字孪生体获取大量数据,建立光学望远镜状态与其点扩散函数之间的映射关系。数字孪生可以在设计或制造阶段提供高度可靠的模型,用于预测整个系统的性能,并可以在建造后进一步用于故障分析。与传统的模拟方法相比,光学望远镜的数字孪生引入真实的测试或遥测数据,并将数字模型与这些数据进行整合。由于需要收集大量数据,例如光学元件的测试数据和来自望远镜及外部环境的遥测数据,因此开发适合光学望远镜数字孪生的数据库变得必要。本文研究了一种基于光学成像系统的数字孪生来建立光学望远镜系统状态数据库的方法,并通过数据库查询来检索光学成像系统的失调状态,从而校正光学望远镜以提升成像质量。(2)点扩散函数还可以为图像复原算法提供先验信息,进一步提升图像质量。通过对图像中的点扩散函数进行建模,可以进行非盲去卷积的图像复原操作。例如,在去卷积方法中,需要了解点扩散函数的形状和大小,以便对图像进行去卷积运算,去除图像中的模糊和失真。精确估计和合理应用点扩散函数能够有效提高图像复原的质量和效果。因此,本文通过对退化图像中的点扩散函数进行建模,并结合盲去卷积算法,利用估计出的点扩散函数作为先验信息对图像进行复原,进一步提升图像质量。

关键词：去卷积点扩散函数数据库数字孪生光学望远镜

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兴隆1m光学望远镜消杂散光系统

光学精密工程 2010年第3期18卷 513-520页

作者：赵飞王森邓超陈志远中国科学院国家天文台北京100012 中国科学院研究生院北京100049

为优化兴隆1m光学望远镜的杂散光效应,研制了附加在该望远镜F/8焦面后的"一倍放大率消杂散光镜头",对消杂散光镜头的效果进行了仿真计算和观测验证。在Tracepro软件中对"圆顶-1m望远镜"和"圆顶-1m望远镜-消杂散光镜头"组合系统的"点源... 详细信息

为优化兴隆1m光学望远镜的杂散光效应,研制了附加在该望远镜F/8焦面后的"一倍放大率消杂散光镜头",对消杂散光镜头的效果进行了仿真计算和观测验证。在Tracepro软件中对"圆顶-1m望远镜"和"圆顶-1m望远镜-消杂散光镜头"组合系统的"点源辐照度透过率(PSNIT)"进行了计算分析并在大月夜进行了天文观测。计算结果表明,在视场外无限远点源方位与望远镜指向间夹角5°≤|θ|≤30°使用消杂散光镜头后,该望远镜PSNIT全部降低到10-10以下。2008年5月26日对偏月22°和25°天区观测结果表明,使用消杂散光镜头后,该望远镜所观测的星像信噪比约为原来的1.4倍。仿真计算和观测结果表明:该方法对Ritchey-Chrétien(R-C)望远镜的杂散光抑制是有效的,可以提高望远镜的测光精度和观测极限星等。

关键词：光学望远镜杂散光点源辐照度透过率信噪比

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4m光学望远镜方位轴系集成化支承结构

仪器仪表学报 2013年第12期34卷 2777-2784页

作者：王槐代霜张景旭赵勇志中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春130033

设计了用于4 m光学望远镜方位轴系的推力角接触球轴承和向心柱面滚道球轴承集成化支承结构。采用Hertz弹性接触理论并结合AYSYS仿真软件对60°～90°范围内典型公称接触角下的静承载性能参数进行了理论计算和非线性接触分析验证,设计了... 详细信息

设计了用于4 m光学望远镜方位轴系的推力角接触球轴承和向心柱面滚道球轴承集成化支承结构。采用Hertz弹性接触理论并结合AYSYS仿真软件对60°～90°范围内典型公称接触角下的静承载性能参数进行了理论计算和非线性接触分析验证,设计了推力角接触球轴承结构。研制成功了3 700 mm回转直径的集成化转盘轴承,轴跳精度0.043 mm,径跳精度0.033 mm,启动摩擦力矩最大值216 N·m,工作摩擦力矩变化±10 N·m。设计了轴承循环滴油润滑系统,进油流量0.4 mL/s,进油泵压0.8 MPa。为研制4 m光学望远镜精密方位轴系提供了设计参考。

关键词：光学望远镜方位轴系支承结构非线性接触分析

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空间碎片探测与测距复合系统光学望远镜

红外与激光工程 2021年第7期50卷 240-249页

作者：李响白东伟孟立新高亮安岩长春理工大学机电工程学院吉林长春130022 长春理工大学空间光电技术国家地方联合工程研究中心吉林长春130022 长春理工大学光电工程学院吉林长春130022

针对空间碎片探测与测距复合系统地面验证演示实验中,工作环境10~30℃、光学基台的尺寸限制(不超过450 mm×400 mm)以及光学望远镜尾部安装导致重心远离安装面的问题,提出了空间碎片探测与测距复合系统光学望远镜的设计。使用ANSYS有限... 详细信息

针对空间碎片探测与测距复合系统地面验证演示实验中,工作环境10~30℃、光学基台的尺寸限制(不超过450 mm×400 mm)以及光学望远镜尾部安装导致重心远离安装面的问题,提出了空间碎片探测与测距复合系统光学望远镜的设计。使用ANSYS有限元分析软件对光学望远镜建立了有限元模型,针对环境温度10~30℃、尾部安装状态下、光轴方向和垂直光轴方向1 g (g=9.8 m/s^(2))重力加速度工况下进行了分析。分析结果表明:光学望远镜整机一阶模态为133 Hz动态刚度较好,重力为光轴方向时主次镜间距最大变化量0.01 mm,重力为垂直光轴方向时主次镜间距最大为0.007 mm,光学望远镜系统波像差RMS值为λ/15,次镜最大倾角1.93″,具有较好的力、热稳定性,可以满足光学天线装校、检测以及外场实验验证过程中的指标要求。在光学望远镜装校完成后,使用ZYGO干涉仪对其像质进行检测,在重力垂直于光轴方向、环境温度10、20、30℃条件下进行检测,结果显示:系统波像差RMS值分别为0.097λ、0.075λ及0.1λ,整机光学望远镜系统波像差RMS值在最低温与最高温度时均优于λ/10均满足系统使用要求。

关键词：空间碎片测距与成像复合系统光学望远镜仿真分析

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科学级光学望远镜

中国科学院院刊 2023年第S1期38卷 17-17页

主要技术与性能指标,口径:0.5-3 m,系统光学像质:λ/15,λ=632.8 nm主要应用,天文科学研究,代表性应用成果,中国科学院紫金山天文台1 m口径望远镜、日本美星天文台1 m口径望远镜。主要用户单位,中国科学院紫金山天文台、中国科学院国家... 详细信息

主要技术与性能指标,口径:0.5-3 m,系统光学像质:λ/15,λ=632.8 nm主要应用,天文科学研究,代表性应用成果,中国科学院紫金山天文台1 m口径望远镜、日本美星天文台1 m口径望远镜。主要用户单位,中国科学院紫金山天文台、中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所、日本美星天文台。

关键词：紫金山天文台中国科学院光学望远镜天文光学国家天文台科学研究性能指标应用成果

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400毫米口径光学望远镜

中国科学院院刊 2023年第S1期38卷 18-18页

主要技术与性能指标,口径:400 mm,系统光学像质:λ/8,λ=632.8 nm主要应用,天文科普,代表性应用成果,北京大学科普天文台、中国科学技术大学科普天文台、杭州高级中学天文台。主要用户单位,北京大学、中国科学技术大学、杭州高级中学,... 详细信息

主要技术与性能指标,口径:400 mm,系统光学像质:λ/8,λ=632.8 nm主要应用,天文科普,代表性应用成果,北京大学科普天文台、中国科学技术大学科普天文台、杭州高级中学天文台。主要用户单位,北京大学、中国科学技术大学、杭州高级中学,研制单位,中科院南京天文仪器有限公司。

关键词：中国科学技术大学光学望远镜天文仪器高级中学天文科普北京大学应用成果天文台

新疆天文台南山1m宽视场光学望远镜测光系统研究

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新疆天文台南山1m宽视场光学望远镜测光系统研究

作者：单星美西华师范大学

学位级别：硕士

测光系统的流量定标是一项重要和基础的工作,其中影响流量定标的主要因素有探测器响应(测光零点)、颜色改正项和大气质量等。从CCD观测的图像经由数据处理软件进行测光数据提取,即可得到观测目标的仪器星等。该星等值反映了CCD的流量计... 详细信息

测光系统的流量定标是一项重要和基础的工作,其中影响流量定标的主要因素有探测器响应(测光零点)、颜色改正项和大气质量等。从CCD观测的图像经由数据处理软件进行测光数据提取,即可得到观测目标的仪器星等。该星等值反映了CCD的流量计数结果,只对同一图像、不同观测目标流量的相互对比有意义,称之为相对流量。为了更为广泛的比较和使用测光数据,我们需要将目标强度信号的仪器输出值与目标实际亮度对应起来,即将仪器星等转换到标准星等系统(如Vega星等系统,AB星等系统),得到目标的大气外真实流量,反映天体的实际流量值,这就是所谓的绝对流量定标。Landolt等人对于不同天区的UBVRI多波段标准星选源和定标做了一系列工作,建立了包含UBVRI测光系统的Landolt标准星表,其标准星的测光精度和定标关系均得到了广泛的认可。本文中,我们主要通过对Landolt标准星的多色测光观测来推导流量定标系数,从而实现从新疆天文台南山1m宽视场光学望远镜仪器星等到Landolt标准星等的转换,为今后开展疏散星团的多色测光研究、以及对空间站多通道成像仪(MCI)流量定标星的地面观测提供定标方法的参考。本文利用新疆天文台南山1m宽视场光学望远镜对Landolt标准天区J054610+45的测光标准星进行了不同大气质量条件下的UBVRI多波段观测,根据布格定律求得了大气消光系数;并利用2017年11月29日至2019年1月4日期间的标准天区观测数据求得了各波段的测光零点和颜色改正项,实现了从新疆天文台南山1m宽视场光学望远镜仪器星等到Landolt标准星等的转换,为今后使用该望远镜的用户开展流量定标工作提供了方法上的参考。我们的结果显示,不同天的流量定标转换系数会有一定程度的变化,为了取得较好的流量定标结果,需要每天进行对标准星的观测并求得当天的流量定标转换系数;另一方面,考虑到实际的观测条件限制,大气消光系数可以认为在一段时期内保持稳定,使用一段时期内平均大气消光系数进行的流量定标仍然能够得到较好的定标结果。新疆天文台南山1m宽视场光学望远镜所处地理位置气候干燥,雨水少,每年有超过300天的观测夜,利于天文观测。而且在东经87.1°附近缺乏光学望远镜的存在,NOWT的安装和运行弥补了这一空缺,对时序测光有着很重要的意义。

关键词：测光系统标准星光学望远镜

NTSC 50cm光学望远镜的天体测量精度评估

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时间频率学报 2015年第4期38卷 243-251页

作者：严丹张会彦成璇奚小瑾乔荣川中国科学院国家授时中心西安710600 中国科学院精密导航定位与定时技术重点实验室西安710600 中国科学院大学北京100049 中国科学院上海天文台上海200030

通过6个不同天区梅西耶天体的CCD观测图像,对中国科学院国家授时中心(NTSC)新建的50 cm光学望远镜进行了天体测量精度评估,确定本系统数字图像数据归算的最佳底片常数模型为3阶(20常数)模型。在此基础上,对地球同步卫星和不规则天然卫星... 详细信息

通过6个不同天区梅西耶天体的CCD观测图像,对中国科学院国家授时中心(NTSC)新建的50 cm光学望远镜进行了天体测量精度评估,确定本系统数字图像数据归算的最佳底片常数模型为3阶(20常数)模型。在此基础上,对地球同步卫星和不规则天然卫星(木卫六)进行试验观测和数据分析。结果表明:对于地球同步卫星,在赤经和赤纬方向的内符合精度分别为0.320″和0.280″,而木卫六在赤经方向和赤纬方向的观测精度分别为0.100″和0.105″。较好的天体测量精度说明了本套光学观测系统完全可以满足地球同步卫星和较亮天然卫星精密定位观测的需求。

关键词：光学望远镜天体测量同步卫星木卫六

世界口径最大折射光学望远镜将落地拉萨 001

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