1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100039
3 吉林省智能波前传感与控制重点实验室, 吉林长春 130033
4 中国人民解放军95975部队, 甘肃 酒泉 735018
为了更好地对大口径分段望远镜进行集成检测与稳定性保持基准构建，本文提出一种大口径环形分段光学系统基准构建方法。首先，采用局部光瞳投射的方式实现光瞳对准映射；其次，利用微透镜阵列构建系统共焦空间基准；之后，基于环带整体调控模式，采用共焦与曲率半径联合分析，实现曲率半径与系统对准的共同调节；最后，利用白光干涉所形成的条纹包络进行粗共相探测，并利用通道光谱方法实现粗共相与精共相间的精度衔接，空间共焦基准定位精度优于125 μm，共相基准覆盖范围优于20 μm，精度优于0.5 μm，光谱基准不确定度优于5%。实现了不同时空特征扰动的分层次、多模态抑制，利用以上共基准原位测量新方法有效提升了光学系统原位计量检测精度并缩短了溯源链长度，增加了检测效率与准确度。
分段镜面 波前像差 共基准 大口径望远镜 segmented mirror wavefront aberration common reference large aperture telescope
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130033
受自身重力、温度、不同工况下的外部干扰等影响，大望远镜主镜自由状态下位姿会产生巨大变化，导致后端光路不能对准，高分辨率成像质量下降，甚至图像飞出靶面。为消除主镜位姿变化对成像质量带来的影响，本文采用新型高精度电液控制系统对大望远镜主镜位姿进行控制。首先建立望远镜主镜位姿解算模型，分析主镜姿态变化原理；其次采用五个分区的多电机电液控制系统实现主镜姿态主动控制，建立各分区的液压控制系统模型，利用基于望远镜俯仰轴运动时位置误差的多元线性拟合前馈控制（EEFC）及线性自抗扰控制方法（LADRC）进行主镜位姿控制；最后进行测试，结果表明：4 m望远镜俯仰轴匀速运动时，可将主镜Z向平移精度从91.5 μm提升到0.5 μm，偏转角度精度从3 arcsec提升到0.05 arcsec。在1.2 m望远镜俯仰轴变速运动时，可将主镜Z向平移精度从5.04 μm提升至0.2 μm，角度偏移精度从0.65 arcsec提升到0.05 arcsec。在主镜上施加多点力促动器驱力时，主镜Z向位移精度从12.2 μm提升到2 μm内，角度偏移精度从1 arcsec提升到0.03 arcsec。通过测试验证，该控制系统可有效实现主镜光轴稳定，有效保证后端光路的对准与高分辨率自适应成像。
大口径望远镜 主镜位姿控制 多电机，电液系统 large-aperture telescope primary mirror position and orientation control muti-motors electrohydraulic system 光学 精密工程
2023, 31(10): 1487
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春30033
2 中国科学院大学，北京100049
为了满足大口径望远镜中间体高刚度、低惯量的技术需求，开展了中间体的轻量化设计，同时针对传统方法无法检测中间体形位公差的问题，提出基于自准直仪和激光跟踪仪的光学检测方法。根据望远镜整体结构需求，确定中间体尺寸范围，分析力的传递路径，以应变能最小为优化目标，采用变密度法进行拓扑优化分析和结构设计。基于自准直仪测角原理，在中间体轴孔端面吸附平面反射镜，测量两端面的反射角度，实现两侧轴孔端面平行度误差的测量，基于激光跟踪仪空间点坐标测量原理，利用回转工装寻找中间体轴孔圆心，测量两侧轴孔的圆心坐标，实现同轴度误差的测量。与传统经验设计的中间体相比，以拓扑优化为指导设计的中间体质量减少21.5%，静态刚度提高14.3%。光学法检测中间体两侧轴孔端面平行度误差为0.016 mm，两侧轴孔圆心位置偏差为0.03 mm。采用拓扑优化设计的中间体在提高刚度、降低惯量方面优势明显，提出的光学检测法可实现中间体形位公差的检测。
大口径望远镜 轻量化 拓扑优化 形位公差检测 large-aperture telescope lightweight design topology optimization geometrical tolerance detection 光学 精密工程
2022, 30(23): 3039
红外与激光工程
2021, 50(10): 20210213
1 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 北京跟踪与通信技术研究所, 北京 100094
针对大口径望远镜光学系统内部空间限制的特点,为了实现失调量校正,提出了一种基于本征系数的失调量解算方法。该方法首先利用波前曲率传感器的原理,通过交替测量前后离焦面的方式采集光斑图。然后,利用无需分区探测的本征函数法进行波前重构,利用本征系数来表征系统波像差,并依据失调量建立灵敏度矩阵模型。最后,根据失调状态与理想状态的本征系数即可求解出失调量。与其他技术途径相比,该方法具有无需添加光学元件、无需分区探测、运算简单的特点。主镜直径为1.8 m的望远镜实验结果表明,当次镜偏心距离范围为-0.9~0.9 mm、倾斜角范围为-0.2°~0.2°时,利用本征系数灵敏度矩阵法得到的计算值的误差均小于10%,对大口径望远镜中的应用具有一定的意义。
光学设计 大口径望远镜 曲率传感器 本征系数 灵敏度矩阵 失调量解算 光学学报
2021, 41(19): 1922001
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 西安卫星测控中心, 陕西 西安 710000
为了满足4 m望远镜控制系统的驱动能力和跟踪精度要求, 本文介绍了基于分段弧形永磁同步电机的望远镜伺服控制系统设计方法。首先, 介绍了基于分段弧形永磁同步电机的控制系统组成; 其次, 给出了望远镜伺服系统的控制模型辨识方法; 然后, 为了实现望远镜大角度调转和小角度阶跃过程中, 系统位置响应快速、无超调, 设计了基于系统最大速度和加速度信息的位置指令整形算法; 最后, 介绍了望远镜控制系统的位置和速度控制策略, 并进行了望远镜的跟踪控制实验。实验结果显示, 当望远镜进行10°的大位置调转和0.2°的小位置阶跃时, 伺服系统能够快速、无振荡地到达指定位置; 望远镜在10 (°)/s速度和3 (°)/s2加速度条件下的正弦引导误差最大值为2.636″, 稳态误差RMS值为0673″。实验结果表明, 所设计的基于分段弧形永磁同步电机的伺服控制系统能够满足4 m望远镜驱动和跟踪精度的要求, 为下一代大口径望远镜控制系统的设计提供了参考。
大口径望远镜 分段弧形永磁同步电机 控制模型 指令整形 large-aperture telescope segmented permanent magnet arc synchronous motor control model command shaper
1 中国科学院光电技术研究所, 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
在地基望远镜对太空目标的宽光谱成像观测过程中, 大气色散会严重影响低仰角下图像的信噪比和清晰度。传统的色散棱镜补偿方法存在着生产加工难度大、控制系统复杂、装配困难等问题, 不利于移动和小型化的地基望远镜的应用。提出了一种基于图像反卷积的大气色散修正方法, 不需要增加额外补偿设备, 能够在低信噪比情况下有效修复色散图像。该方法首先利用多次收敛分割算法对图像进行星点分割处理, 随后利用图像反卷积的方法, 对图像进行色散补偿。在1.8m望远镜系统上对恒星的观测和色散补偿实验结果表明, 该方法在不同信噪比下均有复原效果, 平均恢复出目标90%的能量, 信噪比提高到3倍以上, 恢复效果与色散棱镜补偿法相当。
图像反卷积 大气色散 大气色散校正 大口径望远镜 地基望远镜 image deconvolution atmospheric dispersion atmospheric dispersion correction large aperture telescope ground-based telescope
中国科学技术大学 工程科学学院 光电信息技术实验室，安徽 合肥 230027
基于目前研究较热的大口径衍射望远镜技术，提出一种在可见光范围内进行成像的衍射望远镜光学系统方案。该方案解决了目前衍射望远镜存在的成像频谱范围较窄的问题，可以在可见光范围内获取彩色图像，设计方法是将衍射元件沿径向分为3个通道，分别对R、G、B三个颜色通道进行成像，每个通道的成像带宽为40 nm，通过控制系统参数使3个通道的像在像面处重合，获取彩色图像。设计了基于25 m口径衍射主镜的三通道望远镜光学系统，并对该系统进行建模仿真，仿真结果与设计理论相符。该方案可以增加成像的频谱范围，其像面光斑具有与单通道系统像面光斑近乎相同的主瓣宽度。
大口径望远镜 衍射光学 RGB三通道 成像系统设计 large aperture telescope diffractive optics RGB three channels imaging system design
