【摘要】： “大天區(qū)面積多目標(biāo)光纖光譜望遠(yuǎn)鏡”項(xiàng)目(Large Sky Area Multi-object Optical Spectroscopic Telescope，LAMOST)，是我國(guó)天文學(xué)家提出的一種大口徑兼?zhèn)浯笠晥?chǎng)的反射式施密特光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，是我國(guó)正在進(jìn)行的一項(xiàng)大型科學(xué)工程項(xiàng)目。根據(jù)其總體設(shè)計(jì)，需要在直徑為1.75米的焦面板上精確定位有4000根光纖。 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)精密機(jī)械與精密儀器系邢曉正教授開創(chuàng)性提出基于分區(qū)思想的并行可控式雙回轉(zhuǎn)光纖定位方案。該方案在技術(shù)上具有很多優(yōu)點(diǎn)：定位快速、可實(shí)時(shí)補(bǔ)償溫度及大氣折射等引起的誤差、光纖端部可直接對(duì)準(zhǔn)星像、觀測(cè)無(wú)盲區(qū)、4000個(gè)定位單元具有相同的組件，加工可靠性高。要實(shí)現(xiàn)上面的這些優(yōu)點(diǎn)，關(guān)鍵在于系統(tǒng)的準(zhǔn)確定位以及高效率觀測(cè)，前者保證了LAMOST可以觀測(cè)到星像，后者保證了LAMOST的星像觀測(cè)效率。 為了檢驗(yàn)系統(tǒng)的定位準(zhǔn)確性，需要對(duì)光纖端部的幾何位置進(jìn)行檢測(cè)。傳統(tǒng)的位置測(cè)量方法如三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、經(jīng)緯儀對(duì)以及三維激光跟蹤儀，并不適合于眾多目標(biāo)點(diǎn)的非接觸實(shí)時(shí)檢測(cè)。根據(jù)LAMOST焦面系統(tǒng)光纖位置檢測(cè)中視場(chǎng)較大，光纖目標(biāo)離散分布等特點(diǎn)，提出了分區(qū)攝影測(cè)量的方法。對(duì)這樣大視場(chǎng)內(nèi)的眾多光纖位置進(jìn)行檢測(cè)，目前沒(méi)有前人經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，因此十分有必要對(duì)其中涉及的問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)的研究。本文針對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建所涉及的關(guān)鍵技術(shù)及存在的問(wèn)題，從理論、方法和實(shí)驗(yàn)上對(duì)CCD檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)穩(wěn)定性、檢測(cè)系統(tǒng)的模型建模方法、攝像機(jī)成像參數(shù)的局部標(biāo)定方法和全局標(biāo)定方法、視場(chǎng)的覆蓋方法以及空間坐標(biāo)檢測(cè)算法等方面進(jìn)行了深入的研究和探討，這部分研究為最終LAMOST光纖位置檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)提供了一條可行的思路。 在星像觀測(cè)規(guī)劃的研究中，將星像分配映射到構(gòu)造的網(wǎng)絡(luò)上，提出了應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行星像分配優(yōu)化的方法，提高了觀測(cè)效率。針對(duì)算法的具體實(shí)現(xiàn)以及在LAMOST天區(qū)覆蓋問(wèn)題中的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)研究，為最終LAMOST觀測(cè)規(guī)劃的實(shí)現(xiàn)作了比較充分的準(zhǔn)備。 論文的主要內(nèi)容包括： 1．通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)評(píng)定CCD檢測(cè)系統(tǒng)在不同條件下的測(cè)量穩(wěn)定性，實(shí)驗(yàn)包括靜止光纖的位置測(cè)量與光纖處于不同位置時(shí)的距離測(cè)量。尋找影響測(cè)量穩(wěn)定性的因素，采取相應(yīng)措施減少測(cè)量誤差，并對(duì)測(cè)量誤差進(jìn)行分析。 2．從攝像機(jī)的簡(jiǎn)單三角幾何成像模型—針孔模型出發(fā)建立了符合實(shí)際情況的攝像機(jī)非線性成像模型。在此模型的基礎(chǔ)上，分析了影響檢測(cè)誤差的相關(guān)因素，尤其是檢測(cè)誤差與圖像構(gòu)形結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系，為參數(shù)的選取提供了參考。 3．討論了攝像機(jī)參數(shù)的標(biāo)定方法，根據(jù)其內(nèi)參數(shù)不易變動(dòng)，，而空間姿態(tài)不斷變化的特點(diǎn)，通過(guò)傳統(tǒng)的局部標(biāo)定方法標(biāo)定攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)，基于全局標(biāo)定方法求解攝像機(jī)空間姿態(tài)。這種方法在一定程度上減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，保證了攝像機(jī)在標(biāo)定狀態(tài)和檢測(cè)狀態(tài)間的一致性。 4．詳細(xì)討論了目標(biāo)點(diǎn)空間坐標(biāo)計(jì)算過(guò)程中涉及到的同名像點(diǎn)匹配與測(cè)量誤差處理問(wèn)題，提出空間坐標(biāo)比較的方法來(lái)解決同名像點(diǎn)匹配，并通過(guò)光線束平差法，整體的同時(shí)求解攝像機(jī)空間姿態(tài)與目標(biāo)點(diǎn)空間坐標(biāo)，這將有利于測(cè)量誤差的消除。 5．在所研究的理論和方法的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了由高精度科學(xué)級(jí)CCD攝像機(jī)為主體的空間坐標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)行了全局標(biāo)定實(shí)驗(yàn)和坐標(biāo)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。測(cè)量結(jié)果表明這套檢測(cè)系統(tǒng)的標(biāo)定誤差可達(dá)0.015mm，600mm×600mm視場(chǎng)內(nèi)光纖位置的檢測(cè)誤差不大于0.03mm。 6．在現(xiàn)有LAMOST焦面觀測(cè)規(guī)劃基礎(chǔ)上將網(wǎng)絡(luò)流算法應(yīng)用于其中，詳細(xì)闡述了算法的實(shí)現(xiàn)步驟，提高了觀測(cè)效率與光纖利用率，最后基于最小費(fèi)用流算法探討了LAMOST天區(qū)覆蓋問(wèn)題。 本文對(duì)LAMOST焦面光纖定位系統(tǒng)研制中的兩個(gè)重要問(wèn)題：離散目標(biāo)的位置檢測(cè)及星像觀測(cè)規(guī)劃，從理論上和實(shí)踐上進(jìn)行了深入的研究和探討。測(cè)量不同條件下的光纖位置和光纖間距離，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)全面的分析了影響測(cè)量穩(wěn)定性的相關(guān)因素；提出基于分區(qū)思想的攝影測(cè)量方法，構(gòu)建了CCD坐標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)；提出應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行星像分配優(yōu)化的方法，并對(duì)它進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。這些研究將為最終LAMOST焦面光纖定位系統(tǒng)的研制提供寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與可靠的理論基礎(chǔ)。
【圖文】：

式即采用了直接拼接法{37]，將10片2無(wú)x4k的芯片拼接在一起成為一個(gè)大視場(chǎng)的成像系統(tǒng)，該望遠(yuǎn)鏡焦平面尺寸162mm，相機(jī)靶面大小12侃 x16cTn，可一次觀測(cè)3平方度的天區(qū)，成像系統(tǒng)如圖1一3所示。圖1一3:口本Bisei天區(qū)觀測(cè)中心的l米天文望遠(yuǎn)鏡成像系統(tǒng)顯示圖通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)分光的方法進(jìn)行光學(xué)拼接同樣可以達(dá)到增大成像視場(chǎng)的目的，長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所采用單心球透鏡將視場(chǎng)光路分割為9個(gè)獨(dú)立的部分郎}，并通過(guò)9個(gè)CCD攝像機(jī)獨(dú)立成像，最終實(shí)現(xiàn)了較大視場(chǎng)的檢測(cè)，光路原理如圖1一4所示.

本文編號(hào)：2616703