拼接望远镜主动控制中的光学测量

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1、ActiveContI’olShuYhanA：DissertationSubmittedtoUniVersit)rofChineseAcademyofSciencesInpartiaIfu临llmentoftherequirementForthedeg代eofDoctorofAstronomicaI，I'echnologyandMethodYhnnanAstronomicalobserVatoryChineseAcademyofSciencesoctobeL2012摘要8米环境拼接太阳望远镜是中国未来巨型太阳望远镜(Chines

2、eGiaIltSolarTelescope，CGST)计划中的重要方案。在主动控制方面，环形拼接望远镜的问题在于自由度探测不足，因此需要附加光学倾斜测量才能实现主动控制的闭环。本文主要内容在于高精度光学测量方法在拼接望远镜主动控制中的应用，面临的主要问题以及解决方法。目的是为CGST计划的环形拼接望远镜方案提供一种可能的主动控制光学测量方法。论文在开篇首先介绍了主动控制的基本概念、原理、过程以及要求。着重说明了环形拼接望远镜主动控制的特点。第二章介绍了用于拼接望远镜主动控制的光学测量方法和传感器，并提出了三种实现环形拼接予镜倾斜

3、控制的光学测量方案。基于在控制精度、带宽以及热敏感性方面的考虑，最终选择了基于Shack．HamnaIln波前探测器的内光源倾斜测量方法作为进一步讨论的对象。第三章分别对该方法的探测器噪声、子镜热变形、大气湍流噪声、环境温度梯度引起的倾斜测量误差进行了分析。经过比较指出大气湍流引起的随机波前位相起伏是光学倾斜测量最重要的误差源。论文在第四章计算了在局地大气湍流环境中各子镜间较差倾斜测量湍流误差。并提出使用快速短曝光时间积分抑制湍流噪声的测量方法。基于Tavlor大气冻结假设，计算了不同子镜间，不同的风速风向下的测量误差随积分时间

4、增加而下降的过程。结果表明，在一定的通风速度条件下，高频面形误差能够实现更快的测量，而低频面形误差的测量要慢得多。论文在第五章讨论了局地环境与主动控制光学测量的关系，并提出建立环境控制与主动控制结合的综合系统构想。同时介绍了近地湍流强度与高度、圆顶视宁度与地板热通量、镜面视宁度的半经验理论模型。最后是温度梯度场地测量的结果。结论认为，通过合理的环境控制与望远镜热设计，环形拼接望远镜能够实现高精度的光学测量主动控制。关键在于主动控制要与环境控制建立良好的配合。摘要关键词：主动光学，拼接望远镜主动控制，光学测量，局地大气环境IIAB

5、STRACTABSTRACTThe8mringsegmentedtelescopeisaninlpo咖tcandidatesolutionfortheChineseGi锄tSolaurTelescopeprojectinthefhture．Beingdi艉rent舶mthesefhUaperturese铲nentedtelescope，theringsegmentedtelescopeneedanadditionaltipsensiI培forclosiIlgtIleactiVecon仃01loop．Opticalmeasurem

6、entmethodisagoodchoosefortipsensing，asitsinherentsensitiVi锣foran91emeaSurement．Tllist11esisfocusont11ediscussionaboutt11eapplicationof11ighaccuracyopticalmeaSllrementmetllodtomesegmentedtelescopeactiVecontrol，aIldt11eprimarypmblemformeapplication，andthesolutionformep

7、mblem．Thegoalofmesediscussionsistoproposeareal—timeopticalmeaSurememmemodforactivecon仃oloftheringsegmemedsolartelescope．Thebasicconcept，principle，pmcess，aJldrequirementoftheactiVecontmlarepresentedint11echapter1．WKle，mecharacteristicoftheringsegmentedtelescopeactiVec

8、ontr01isernphasizedinthischapter．TheopticalmeaSurementmetllodandopticalsensorforactiVecoll缸olisreVie、Ⅳed，a11dtllreecandidatesolutio