地平式天文望远镜在跟踪观测过程中,因方位轴与地球自转轴不重合及库徳光路中的折轴反射镜在望远镜跟踪过程中相对转动,会引入物方及像方视场旋转。传统的消旋K镜可以消除视场旋转,但会带来较大的仪器偏振,不利于望远镜实现高精度偏振测量。无偏消旋镜由5块反射镜组成,通过优化设计可以保证在消除像旋的同时减小仪器偏振,但其不规则的结构设计使装调过程面临新的挑战。针对无偏消旋镜提出双光路自准直装调方案,基于MATLAB仿真分析了镜面误差及光轴偏差对装调结果的影响,并对无偏消旋镜进行实验室装调及偏振检测。结果表明:无偏消旋镜经装调后倾斜误差可控制在15 arcsec以内,其仪器偏振明显低于传统K镜。

随着天文探测水平的提高,偏振像差对天文望远镜成像质量的影响逐渐凸显。基于偏振光线追迹,分析了一种用于探测宇宙弱引力透镜效应的无遮拦离轴天文望远镜的偏振像差,得到了该望远镜的琼斯瞳、振幅响应矩阵以及望远镜中各个反射镜的二向衰减和相位延迟分布特性。计算发现偏振像差会影响该望远镜的成像对比度,同时还会改变其点扩展函数的空间分布。计算了偏振像差对望远镜光学椭率的影响,结果表明偏振像差会导致该望远镜光学椭率在全视场范围内发生不同程度的变化,最大改变量为7.5×10 -3,平均改变量为2.7×10 -3。在视场[-0.0487°,0.155°]附近,偏振像差使得该望远镜光学椭率最大插值误差由1.2×10 -4增大为1.1×10 -3。本文研究结果表明,对于探测弱引力透镜效应等要求超高成像质量的天文望远镜,偏振像差不可忽略,需要进行优化设计。

Structural vibrations in Tip-Tilt modes usually affect the closed-loop performance of astronomically optical telescopes. In this paper, the state of art control methods—proportional integral (PI) control, linear quadratic Gaussian (LQG) control, disturbance feed forward (DFF) control, and disturbance observer control (DOBC) of Tip-Tilt mirror to reject vibrations are first reviewed, and then compared systematically and comprehensively. Some mathematical transformations allow PI, LQG, DFF, and DOBC to be described in a uniform framework of sensitivity function that expresses their advantages and disadvantages. In essence, feed forward control based-inverse model is the main idea of current techniques, which is dependent on accuracies of models in terms of Tip-Tilt mirror and vibrations. DOBC can relax dependences on accuracy model, and therefore this survey concentrates on concise tutorials of this method with clear descriptions of their features in the control area of disturbance rejections. Its applications in various conditions are reviewed with emphasis on the effectiveness. Finally, the open problems, challenges and research prospects of DOBC of Tip-Tilt mirror are discussed.

大口径的地基红外望远镜必须安装在具有良好大气条件的观测台站才能充分发挥其性能, 天空背景辐射和大气传输特性是地基红外望远镜站址选择所需考虑的重要内容。采用消光-小角度散射法在西藏羊八井实测了太阳直接红外辐射和大气背景红外辐射, 并根据备选站点的大气参数, 采用CART软件计算了当地8~14 μm波段整层垂直大气的光谱透过率、太阳直接光谱辐射和地面大气垂直向下的背景光谱辐射, 以及相关量的波段积分值, 这些结果有助于地基红外太阳望远镜的站址选择。

对国际上已完成的光学/红外天文望远镜进行了回顾和总结，详细论述分析了正在研制建设的下一代天文望远镜，主要包括科学目的、光学结构、搭载仪器、性能参数等。重点对下一代天文望远镜的光学设计/口径、站址/轨道进行了总结归纳，其在地基/天基协作观测、器件模块化通用化、观测结果大数据分享等方面展示了自身的技术特点和发展趋势。借鉴国外经验，结合我国实际情况可形成自身优势特色领域。同时在长期规划制定、开放民间资本等方面提出几点思考和建议。

对国际上已完成的光学/红外天文望远镜进行了回顾和总结，详细论述了正在研制建设的下一代天文望远镜，主要包括科学目的、光学结构、搭载仪器、性能参数等。分析了下一代天文望远镜的技术特点、发展趋势。借鉴国外在计划制定、工程应用等方面的经验，结合中国实际提出几点思考和建议。

针对斜轴式天文望远镜传统机架中的非垂直轴系结构会导致像场旋转, 从而影响天文望远镜指向和跟踪控制的问题, 研发了新的45°斜轴式天文望远镜机架。设计时, 选取太阳为跟踪目标来搭建硬件机架驱动控制系统; 利用图像传感器实时捕获目标, 经数字信号处理(DSP)芯片精确解析目标质心, 通过图像消旋解耦出方位与斜轴两方向的偏差。然后, 结合模糊控制与神经网络的各自特点, 设计了单神经元模糊自适应PID控制算法实施偏差调节, 以实现对目标的定位与跟踪。实验结果显示, 该驱动控制系统的水平与斜轴方位的跟踪偏移误差均在±2 pixel以内, 水平指向偏移误差均值为0.123 2°, 俯仰指向偏移误差均值为0.155 3°。得到的结果表明该驱动系统鲁棒性强, 能够克服斜轴机架像场旋转导致的控制问题且满足精度要求。

介绍了一种基于步进电机(无位置检测传感器)和像质反馈的广角天文望远镜自动调焦系统, 该系统由步进电机位置开环控制系统和图像清晰度评价系统组成。基于天文图像的特点, 提出利用天体点源星像的半高全宽(FWHM)作为图像清晰度的评价参数;为了提高系统精度, 对定位控制系统进行了误差分析;测定了调焦当量、光学焦深、系统回差、步进脉冲当量等系统关键机构参数,进而高精度地修正了系统定位误差;分析和测定了温度变化和像质变化的相关性, 明确了调焦方向和温度变化之间的定性关系;设计了焦深边缘定位策略, 实现了快速调焦。该系统具有“容错”和“自学习”功能, 具有较高的自动化和智能化程度。将系统设计应用于SVOM天文卫星地基广角相机阵［1-2］(GWAC), 实际测试和天文观测表明, 调焦系统的定位精度为±3.0 μm, 调焦精度为0.05 pixel,且一次调焦过程即可获得最佳像质, 调焦效率较高, 系统运行也很稳定, 基本满足天文观测的需求。

介绍国际上地面极大光学/红外望远镜的研制概况，分析高分辨率光谱仪与极大口径望远镜耦合中的难题，结果表明极大口径望远镜需要超大面积阶梯光栅和超快焦比相机。根据光谱仪与望远镜的匹配关系，30 m级极大口径望远镜的高分辨率光谱仪的准直光束将大于70 cm，主色散阶梯光栅的面积大于2 m2，照相机的焦比F/0.5，按照目前的制造技术无法提供上述光栅和相机，因此，提出高分辨率光谱仪与极大望远镜进行耦合的技术。针对耦合问题给出了相应解决方案，即采用像切分器、拼接光栅以及白瞳设计等技术将是极大口径望远镜与高分辨率光谱仪耦合的主要解决方案。