[發明專利]一種地表層自適應光學系統性能評價方法

有效

• 申請號: 202110318011.4
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113076515B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 趙梓旭;馬曉燠;饒長輝;劉會龍;張蘭強;樊志華;楊奇龍;李成平;賈天豪;游雙慧
• 申請（專利權）人: 重慶連芯光電技術研究院有限公司
• 主分類號: G06F17/14
• 分類號: G06F17/14;G06F17/10
• 代理公司: 重慶智慧之源知識產權代理事務所(普通合伙) 50234
• 代理人: 余洪;高彬

本發明公開了一種地表層自適應光學系統性能評價方法，該方法根據地表層自適應光學系統中導星分布，以目標視線方向上均方根誤差最小為判據計算每顆導星的權重，對地表層湍流波前進行加權平均波前重構。結合空間頻譜濾波理論，將權重因子引入系統誤差傳遞函數。在計算各層湍流的相位結構函數后，得到望遠鏡系統的光學傳遞函數，從而通過解析的方式評價系統性能。本方法基于大氣分層理論、空間頻譜濾波理論和最優估計理論，對地表層湍流波前探測效果進行解析計算，避免數值仿真分析的局限性；引入不同導引星的權重因素，較傳統平均算法提升了系統校正性能。對后續大視場地表層自適應光學系統研制具有應用價值。

技術領域

本發明專利屬于自適應光學領域，具體涉及到一種地表層自適應光學系統性能評價方法。

背景技術

自適應光學(Adaptive?Optics,AO)技術可以解決大氣湍流對大口徑望遠鏡影響，但是存在一些原理性的限制。首先，受大氣非等暈性的影響，AO系統校正視場有限，不能滿足某些場合的運用需求；其次，AO系統需要足夠亮的星體作為信標為波前傳感器供信息，天文觀測中很多區域都無法找到滿足條件的亮星，導致利用AO系統進行天文觀測時，其空域覆蓋率較低。激光導引星雖然可以解決這一問題，但是其有限的高度又會帶來“錐效應”問題。

傳統AO系統的校正視場大小主要受角度非等暈性限制，而角度非等暈誤差主要來自于兩個方面:一是參考星和目標星不在同一位置時，參考星光波與目標星的光波傳輸路徑不同，校正的像差并非目標星光波傳輸路徑上的像差，只有當觀測目標本身亮度足以作為導引星時，這種誤差才可以避免；另一方面傳統AO系統的變形鏡一般位于望遠鏡入瞳或其共軛的位置，而湍流層則多位于不同高度的大氣層中，對于擴展目標來說，只有探測視場對應的區域附近可以很好的校正大氣湍流的影響，對于距離稍遠的區域，由于不同視場在高層湍流處經過不同的區域，單個變形鏡無法對不同視線方向上的湍流引起的波前像差進行完全的校正，導致校正視場有限。

多層共軛自適應光學(Multi-Conjugate?Adaptive?Optics,MCAO)技術針對這兩方面突破等暈角的限制。該技術由J.M.Beckers于1988首先出。根據波前探測方式的不同，又分為層向多層共軛自適應光學(Layer?Oriented?MCAO,LOMCAO)和星向多層共軛自適應光學(Star?Oriented?MCAO,SOMCAO)。地表層自適應光學(Ground?Layer?AdaptiveOptics,GLAO)可以成是MCAO的一種特例，是Rigaut等人在2002年提出的。它通過多顆引導星探測，但只使用一面變形鏡校正校正近地表層的湍流。GLAO原理示意圖如圖1所示。

GLAO技術主要基于大氣湍流的分層特性，不少天文觀測站點大氣湍流觀測數據表明，大部分大氣擾動都集中在地表層，而不同視場的光波在近地表層收到的影響幾乎一樣，通過對地表層的探測和校正，可以在更大視場范圍內獲得可觀的校正效果。國外在夜天文研究領域分析表明，GLAO可以在最大8’左右的視場內提高成像質量，對于某些特殊的系統，其校正視場也可以達到幾十角分。由于GLAO只校正地表層大氣湍流，因此其校正后的成像一般達不到衍射極限的校正效果。這點限制了GLAO在部分應用場合的應用，但是也填補了另外一些應用中傳統AO的不足。