不同子孔徑像素?cái)?shù)時(shí)的夏克-哈特曼波前傳感器探測(cè)性能研究.pdf

1、作為自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的“眼睛”，波前探測(cè)器是其不可少的一個(gè)重要組成部分。本文專注于對(duì)采用CCD器件做為光電探測(cè)器的夏克-哈特曼波前傳感器 在不同探測(cè)環(huán)境下的探測(cè)性能以及系統(tǒng)校正殘余誤差的研究。包括改變子孔徑 像素?cái)?shù)時(shí)的夏克．哈特曼波前傳感器的探測(cè)性能研究，極弱目標(biāo)的探測(cè)新方法的 初步研究以及基于自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)閉環(huán)數(shù)據(jù)的大氣參數(shù)估算和系統(tǒng)校正殘余誤 差分析。 本文首先對(duì)采用CCD器件的夏克．哈特曼波前傳感器的各種誤差源進(jìn)行了深

2、入的分析研究。在國(guó)際上首次對(duì)這類(lèi)夏克．哈特曼波前傳感器的采樣誤差進(jìn)行系統(tǒng)分析，得出了采樣誤差隨探測(cè)器件與被探測(cè)光點(diǎn)尺寸的關(guān)系變化的趨勢(shì)，并提出了對(duì)采樣誤差進(jìn)行衡量的公式。從理論上對(duì)消除采樣誤差進(jìn)行了探究，在獲知探測(cè)光點(diǎn)的能量分布形式和尺寸的前提下，可以對(duì)采樣誤差進(jìn)行消除。在對(duì)光子噪聲的分析中，首次考慮到了離散采樣孔徑對(duì)光子噪聲的影響，得出了光子噪聲與夏克．哈特曼波前傳感器子孔徑的像素?cái)?shù)分布相關(guān)的結(jié)論。在對(duì)讀 出噪聲的分析中，首次考慮了

3、自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)閉環(huán)情況下光斑質(zhì)心位置對(duì)讀出 噪聲誤差的影響。對(duì)計(jì)算探測(cè)器中波前斜率過(guò)程中處理閾值的影Ⅱ向進(jìn)行了分析，在閾值對(duì)讀出噪聲和光斑尺寸的影響分析中，得出了新的結(jié)論。在綜合考慮三種誤差源的情況下，得出了不同光強(qiáng)下的最佳探測(cè)子孔徑像素?cái)?shù)分布。結(jié)果表明，讀出噪聲和光子噪聲受探測(cè)光強(qiáng)影響較大，采樣誤差與探測(cè)光斑的大小和位置直接相關(guān)。在保持子孔徑探測(cè)動(dòng)態(tài)范圍不變的情況下，隨探測(cè)光強(qiáng)的增強(qiáng)，探測(cè)誤差最小的子孔徑像素?cái)?shù)隨之增加，最小探測(cè)誤差

4、則隨之減小。在對(duì)基于CCD探測(cè)器的夏克．哈特曼波前傳感器探測(cè)誤差進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，建立了完整的仿真軟件對(duì)探測(cè)誤差進(jìn)行了仿真計(jì)算。 在對(duì)夏克-哈特曼波前傳感器探測(cè)誤差進(jìn)行理論分析和仿真計(jì)算的基礎(chǔ)上，建立了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了理論分析和仿真計(jì)算，并根據(jù)結(jié)果得到了在一定光強(qiáng)下的探測(cè)誤差最小點(diǎn)。此最小探測(cè)誤差點(diǎn)所對(duì)應(yīng)子孔徑內(nèi)像素?cái)?shù)隨荇探測(cè)光強(qiáng)的增加而增加，最小探測(cè)誤差則隨之減小。 對(duì)極弱目標(biāo)探測(cè)新方法的探索

5、是本文的另一個(gè)工作點(diǎn)。在信噪比很低的情況下，分別考慮了對(duì)圖像進(jìn)行線性增強(qiáng)、非線性增強(qiáng)處理，并首次提出對(duì)光斑圖像進(jìn)行條件非線性增強(qiáng)和濾波處理。仿真計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明，在信噪比低于3.0時(shí)，線性增強(qiáng)和非線性增強(qiáng)及條件非線性增強(qiáng)對(duì)探測(cè)精度的提高不如濾波處理。在信噪比低于1.0時(shí)，利用濾波處理可以得到復(fù)原誤差在1／5波長(zhǎng)左右的結(jié)果，而上述另外幾種方法則不能達(dá)到同等復(fù)原精度。 本文還提出了一種利用自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)閉環(huán)數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣參數(shù)和