望远镜自适应副镜调整技术研究

摘要

随着人们探求宇宙奥秘步伐的逐渐加快，对天文望远镜的口径和光学效率提出了更高的要求。要建设大口径望远镜，自适应系统是必不可少的一部分，传统的自适应光学系统往往采用搭建额外的光学元器件来矫正大气散射，但这样的结构会增加反射或者投射面的数量并引入额外的红外散射，导致影响观测效果。
　　目前最为先进的自适应副镜系统能够解决这个问题。该系统将现有的望远镜副镜直接作为波前改正机构，采用镀金属膜构造电容的方式反映副镜形变，并根据镜面直径利用数百至数千个音圈电机作为促动器对镜面进行支撑和调整。在镜面的调整过程中，对镜面形变的测量反馈是重中之重。本课题致力于针对副镜形变测量方案进行原理性设计和论证，并在此基础上对音圈电机支撑技术作了一些探索，期望能为国内自适应副镜系统研制提供有益成果。
　　针对课题研究内容，本文完成的主要工作包括：系统原理解析及方案设计、系统硬件设计、系统软件设计和系统调试等。
　　系统原理解析及方案设计，具体是利用等厚等面积微晶玻璃镀膜模拟副镜及微晶参考基板表面，并以Pcap01AD芯片为核心进行高速精准电容测量；选用适合课题的音圈电机对极板进行支撑，设计配套的上位机软件进行极板位移观测和调整控制，通过设计高精度的可控电流源对音圈电机进行驱动。
　　系统硬件设计，主要围绕极板位移测量以及音圈电机驱动设计，包括电容测量电路设计、主控电路设计、系统电源设计以及高精度电流源设计。
　　系统软件设计，包括下位机软件和上位机软件，下位机软件主要完成对电容测量数据的采集、滤波处理、位移转换及电机驱动；上位机软件则完成对极板位移值的显示和位移调整控制。
　　因为对极板位移的调整技术研究，需要精准的位移测量数据，因此在调试中首先完成课题的主要内容，即对极板位移的高速高精度测量。然后在此基础上进行了上位机软件设计和调试，并进行最后的位移调整实验。经过软硬件的多次改进和不断实验，最终成果达到课题的设计目标。
　　最后，论文回顾了课题完成的工作，针对研究过程中存在的不足以及如何对本课题完善进行了思考。并分析了自适应副镜系统集成可能遇到的问题以及对自适应副镜系统的发展进行了展望。

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第1章 绪论

1.1课题来源

1.2课题研究的背景及意义

1.3国内外研究现状及发展趋势

1.4课题的研究内容

1.5课题的技术要求和难点分析

1.6课题的具体工作

1.7本文章节安排

第2章 系统原理解析与总体方案设计

2.1极板位移测量方案讨论与选择

2.2控制器方案讨论与选择

2.3系统电源方案讨论与选择

2.4极板支撑和调整方案讨论与选择

2.5上位机方案讨论与选择

2.6本章小结

第3章 系统硬件设计

3.1极板金属镀膜设计

3.2极板电容测量电路设计

3.3控制电路设计

3.4系统电源设计

3.5音圈电机驱动电路设计

3.6串行通信接口电路设计

3.7本章小结

第4章 系统软件设计

4.1系统下位机软件流程图

4.2下位机获得极板电容数据

4.3下位机处理极板电容数据

4.4音圈电机驱动软件设计

4.5系统上位机软件设计

4.6本章小结

第5章 系统调试

5.1系统电源调试

5.2电容测量电路调试

5.3上位机软件调试

5.4高精度电流源调试

5.5本章小结

第6章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

附录