空间太阳极紫外(EUV)成像望远镜

太阳极紫外和X射线成像观测是空间天气研究的重要内容,空间太阳极紫外(EUV)成像望远镜是为空间天气研究和预报研制的仪器。介绍了国内外太阳极紫外和X射线成像的发展状况,在此基础上引入19.5nm成像观测的科学目标。阐述了望远镜光学系统和成像相机传感器的设计。前者包括光学结构和基本参数、光学窗口的选择、多层膜设计、光学系统仿真结果;后者包括两种不同成像传感器的对比和选择、控制系统的设计。     

空间太阳极紫外三波段成像光谱仪系统设计

太阳上层大气,即日冕、过渡区和色球,是由炽热的高度动态的磁化等离子体构成,其中高度电离的离子发射出丰富的极紫外谱线。空间太阳极紫外光谱成像观测对于捕获太阳上层大气中爆发活动的动态物理演化过程,以及实现对大气等离子体特征参数的精确测量具有重要的意义。然而现有的极紫外光谱成像仪器只能针对太阳上层大气的一个或两个目标区域进行成像观测,缺乏采用单一仪器对整个太阳上层大气区域在大空间和宽波段尺度范围内的光谱进行诊断的能力,严重制约了人们对太阳爆发活动中的能量及物质输运过程的理解。为了利用单个仪器实现对日冕、过渡区和色球的高分辨率同时诊断观测,本文提出并设计了一款同时工作在17～21 nm、70～80 nm和95～105 nm三个波段的太阳极紫外成像光谱仪,该仪器基于非罗兰圆结构下的椭球面变线距（EVLS）光栅像差校正理论,采用狭缝扫描式成像光谱结构,实现了具有大离轴狭缝视场的高空间、高光谱分辨的消像散光谱成像。基于蒙特卡罗统计模拟方法对太阳极紫外三波段成像光谱仪的最优模型开展光线追迹仿真实验,仿真结果表明,所设计的成像光谱仪取得了良好的光栅像差校正效果,系统空间分辨率优于0.6″,光谱分辨率在1...     

一种空间超紫外望远镜在轨指向标定方法

介绍了一种不同波段的超紫外望远镜在轨指向的标定方法。此方法利用四个波段(13.0,17.1,19.5,30.4nm)的超紫外望远镜均有较高的光谱响应和能够对较强的太阳辐射光谱成像的特点,根据由不同的望远镜所获得的太阳的四个图像的变化,计算出了四个望远镜间的指向偏差。根据四个不同波段的超紫外望远镜的光学性能和太阳紫外辐射谱线的亮度优化出了具体的太阳辐射谱线,并对所选用的标定谱线的可行性进行了分析。该方法的在轨标定精度为0.1″。     

利用相位差法测量望远镜像差

大气湍流引起的动态波前畸变和望远镜的像差是限制望远镜分辨力的主要因素,如何准确地测量望远镜的像差是进一步提高望远镜分辨能力的关键问题。相位差法利用在焦面和离焦面上同时采集到的短曝光图像,恢复出瞬时波前相位分布,然后根据大气湍流的统计特性进行平均,可以实现对望远镜像差的估计。通过计算机模拟实验,对利用相位差法恢复光瞳上的波前相位和测量望远镜像差进行了研究。模拟研究结果表明,利用相位差法能有效地估计出望远镜像差,估计均方根误差约为0.08个波长。     

一种复合型空间软X射线--极紫外波段望远镜设计

根据空间对日观测的需要,提出了一种复合型宽波段范围的软X射线———极紫外望远镜的设计方案。该望远镜是把小结构尺寸的卡塞格林型极紫外波段正入射望远镜放置在软X射线波段,并由常用的Wolter Ⅰ型掠入射望远镜的中心部分组成。在软X射线和极紫外波段具有相同的焦距和视场角,共同使用同一个探测器,外形尺寸与相同指标的掠入射型望远镜一致,且在极紫外波段具有较高的角分辨率和光谱分辨率,适合于在空间进行对日观测使用。     

热变形对低轨空间望远镜像质的影响分析

为了用空间望远镜实现衍射极限成像,有待解决的基本问题之一是光学表面热变形所引起的像质下降。热效应可以分为热浸泡和热梯度两类。一般来说,热浸泡主要引起焦距变化,且通常处于所允许的范围内;而热梯度则难以控制。重点分析了望远镜主镜轴向热梯度的影响,并给出了一些数值计算结果。     

亚像元边缘检测系统的FPGA实现

提出了一种集成于单片FPGA的数字化线阵CCD边缘检测系统。通过对CCD输出图像的边缘灰度梯度分析,利用高斯滤波除噪、边缘检测算法确定其像元级边界,并提出了一种以最小二乘多项式拟合来确定亚像元级边界位置的新算法。整个系统以现场可编程门阵列器件作为核心及数字电路硬件的载体,利用VHDL语言及图形化输入方式在QuartusⅡ7.2软件平台上进行了系统的设计。误差分析及仿真结果表明,该边缘检测系统的分辨率可达到将近六十分之一的像元宽度,可应用于研制高精度CCD光电自准直仪。     

一种测量亚像元CCD拼接误差的方法

提出一种利用高倍率显微计算机系统（由工具显微镜，CCD摄像头、配有图像采集卡的计算机及相关软件等组成）测量亚像元CCD拼接误差的方法，建立了测量模型，并对实测结果进行了统计分析处理。     

大口径望远镜波像差的外场检验方法

为在外场环境下对大口径望远镜进行系统波像差的检验,研制了一套具有高探测能力的Shack-Hartmann波前传感器.利用恒星作为光源,对口径1 m、焦距11 m的大口径望远镜进行了波像差检验实验,测量结果为系统波像差在0.39λ~ 0.46λ RMS之间,且随着俯仰角的增加而增大,主要像差形式为3阶0°像散,与星点检验的结果一致.     

地基光电望远镜对空间碎片探测能力的评估模型

为了提高地基光电望远镜观测空间碎片的运行效率,建立了地基光电望远镜探测能力评估仿真模型.综合考虑碎片几何过境、碎片信号辐射量、背景源信号辐射量、光信号在传感器平面的投影等影响,获得碎片信号的探测信噪比,并作为过境碎片能否被探测到的依据.采用1m望远镜进行地球同步轨道碎片观测实验,并对模型进行验证.结果表明:仿真观测的第谷2星表中4颗背景亮星与观测实验结果一致;由于碎片形状等光学特性不同,碎片辐射量星等值的实验值与仿真值最大相差1.58倍,误差值在合理范围内.基于信噪比探测原理的地基光电望远镜探测能力评估仿真模型合理有效,可为观测设备建设、观测策略制定等提供参考.     

望远系统像倾斜的数字图像测量技术的研究

利用CCD摄像机采集像倾斜分划图像,建立线性回归数学模型,通过"目标移动法"和"亚像素定位边缘法"实现望远系统像倾斜的高精度自动测量。该方法可消除传统像倾斜测量方法中的主观误差的影响,图像处理误差小于10″,使测量的结果客观化,易于实现光电自动测量。     

采用负折射率材料提高空间望远镜分辨率的理论研究

传统的空间望远镜是根据分辨率衍射极限公式,通过增大系统的通光口径来提高分辨率的,但这样系统的体积和重量相应增大,增加了空间运载的难度。负折射率材料(Negative Index Materials,NIMs)的出现,为高分辨率空间望远镜的发展提供了新的思路。NIMs对含有物体精细结构信息但在真空中随距离指数衰减传播的渐失场有增益放大作用,从而使渐失场能够参与成像,实现光学系统传统分辨率衍射极限的突破。本文介绍了NIMs的研究历史,分析了由负折射产生的负群速度、逆Doppler频移、反常Cerenkov辐射、负折射等各种效应,重点讨论了采用NIMs实现望远系统传统分辨率突破的内涵和意义以及今后研究工作的重点。     

空间太阳望远镜在轨自动调焦的最小图像熵判据

由于复杂的发射状态和动态在轨空间环境以及高达0 1″的角分辨率,所以自动调焦技术已成为太阳空间望远镜在轨图像处理中的关键技术。在分析图像离焦时的状态特性的基础上,提出了一种新的更适用于空间相机的离焦判据———最小图像熵判据。最小图像熵合焦判据更适合于低对比度的天体目标。利用计算机仿真程序演示了给定目标经系统成像的过程,计算了不同离焦状态下的图像熵。这一技术将应用于2005年发射的太阳空间望远镜中。     

月基望远镜热设计及热分析

为了利用月球观测地球等离子体层的优势,开展了月基望远镜的研究,并对其进行了热设计和热分析.分析了月基望远镜所处的空间环境.对望远镜各个部分进行了热设计;采用被动热控措施控制望远镜的温度水平,降低空间环境的影响;采用热疏导的方式对探测器进行散热.根据月基望远镜的空间环境、结构特点,以及采取的热控措施,在I-DEAS/TM...     

望远镜：一件开拓知识疆域的利器

文章探讨了望远镜作为一件科学仪器,从其在400年前被发明以来,在扩展人类的宇宙视野、开拓人类的知识疆域方面发挥了极其重要的作用.文章首先论述了伽利略利用其亲手改进的望远镜作出了全新的天文发现,对哥白尼学说给予了决定性的支持;其次阐述了随着望远镜的不断改进,人类获得越来越多的关于天空的新奇知识,这些知识帮助和推动人类掌握最基本的自然规律;最后论述了望远镜在帮助人类探索宇宙尺度之大小的过程中发挥的重要作用,并进而让人类认识到其自身在宇宙中的真实位置.     

Organosilane self-assembled multilayer formation based on activation of methyl-terminated surface with reactive oxygen species generated by vacuum ultra-violet excitation of atmospheric oxygen molecules

A xenon excimer lamp which irradiates vacuum ultra-violet (VUV) light at 172 nm in wavelength was applied to the photochemical surface conversion of n-octadecyltrimethoxysilane self-assembled monolayer (ODS-SAM) in the presence of atmospheric oxygen and subsequent multilayer fabrication. The terminal functional groups of ODS-SAM, -CH₃ groups, were converted into polar functional groups, like -COOH, by the reaction with atomic oxygen species generated photochemically through VUV excitation of atmospheric oxygen molecules. The structure of the resulting organosilane multilayer with different numbers of superimposed monolayers (from 1 to 11), prepared on a smooth and hydrophilic silicon substrate by the layer-by-layer (LbL) approach, was examined in terms of molecular organization as well as the intra- or interlayer binding modes in such novel films. Ellipsometry and grazing angle X-ray reflectivity measurements revealed that multilayer films of up to 11 discrete monolayers were successfully obtained, indicating that the self-assembly is a viable technique for the construction of relatively thick (16 nm and above) multilayer films.     

激光等离子体13.5 nm极紫外光刻光源进展

半导体产业是高科技、信息化时代的支柱。光刻技术,作为半导体产业的核心技术之一,已成为世界各国科研人员的重点研究对象。本文综述了激光等离子体13.5 nm极紫外光刻的原理和国内外研究发展概况,重点介绍了其激光源、辐射靶材和多层膜反射镜等关键系统组成部分。同时,指出了在提高激光等离子体13.5 nm极紫外光源输出功率的研究进程中所存在的主要问题,包括提高转换效率和减少光源碎屑。特别分析了目前已实现百瓦级输出的日本Gigaphoton公司和荷兰的ASML公司的极紫外光源装置。最后对该项技术的发展前景进行了总结与展望。     

Analysis of telescope array receivers for deep-space inter-planetary optical communication link between Earth and Mars

Optical communication technology shows promising prospects to fulfill the large bandwidth communication requirements of future deep-space exploration missions that are launched by NASA and various other international space agencies. At Earth, a telescope with a large aperture diameter is required to capture very weak optical signals that are transmitted from distant planets and to support large bandwidth communication link. A single large telescope has the limitations of cost, single point failure in case of malfunction, difficulty in manufacturing high quality optics, maintenance, and trouble in providing communication operations when transmitting spacecraft is close to the Sun. An array of relatively smaller-sized telescopes electrically connected to form an aggregate aperture area equivalent to a single large telescope is a viable alternative to a monolithic gigantic aperture. In this paper, we present the design concept and analysis of telescope array receivers for an optical communication link between Earth and Mars. Pulse-position modulation (PPM) is used at the transmitter end and photon-counting detectors along with the direct-detection technique are employed at each telescope element in the array. We also present the optimization of various system parameters, such as detector size (i.e., receiver field of view), PPM slot width, and the PPM order M, to mitigate the atmospheric turbulence and background noise effects, and to maximize the communication system performance. The performance of different array architectures is evaluated through analytical techniques and Monte-Carlo simulations for a broad range of operational scenarios, such as, Earth-Mars conjunction, Earth-Mars opposition, and different background and turbulence conditions. It is shown that the performance of the telescope array-based receiver is equivalent to a single large telescope; and as compared to current RF technology, telescope array-based optical receivers can provide several orders of magnitude greater data rates for deep-space communication with Mars.     

LAMOST恒星分类模板间相似性度量分析

随着获取和收集天文光谱大数据能力的与日俱增,合理利用计算科学技术正确地分析海量光谱的处理方法及结果统计。前述工作采用了欧氏距离分析判别LAMOST实测光谱与模板之间相似度的研究,研究恒星分类准确性取决于高质量的模板光谱,选取LAMOST光谱在用的分类软件中183个恒星模板光谱,分别利用欧氏距离和马氏距离方法得出A,F,G,K和M型恒星模板间的均值和最大值,完成每条谱线相互之间的相关性分析,找出相对距离较大的模板及形成原因。相似度度量可视化实验数据结果表明模板之间具有一定的区分度,通过马氏距离分析模板间相似性能更进一步辨识出相近模板之间的细微差别,具备较优良的判别效果,证实了LAMOST现有分类的各模板间距离较均匀,且分类结果较为准确。该研究可进一步优化在用光谱分类模板,提升LAMOST恒星分类模板库的精确度和可信度。     

开口波导有效接收面积的测量

 讨论了用开口波导N5作为接收天线的有效面积的测量，给出了测试的原理和方法，并给出了该开口波导的有效接收面积与频率的关系的测试结果。将测试结果与俄国人标定的结果进行了比较。结果表明测试结果是可信的，为准确测试高功率微波源的输出辐射场功率提供了必要条件。该测试方法也适用于其他天线的增益和有效面积的测量。