天文成像系统中的若干关键技术研究
发布时间:2017-12-18 18:28
本文关键词:天文成像系统中的若干关键技术研究
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【摘要】:随着科学技术的进步和我国综合国力的提升,我国对地基大型光学望远镜和极地光学望远镜等相关天文科学仪器方面的发展越来越重视。天文成像系统是实现天文科学研究的重要设备,其功能结构根据环境以及被观测对象特点的差异而不同,其研制与实现本身就是对相关关键技术的研究和攻克。在本论文中,主要对极端温度环境下的温度控制技术以及近红外天光的微弱信号探测相关技术进行了研究,并实现了相应的技术需求。在天文观测中,光学系统的稳定是整个系统长期运行的关键保证之一,对处于南极内陆的天文成像系统这一点尤为重要,对于极端环境中的温度敏感型光学部件进行温度控制是确保系统稳定运行的关键。南极亮星巡天望远镜中需要进行温度控制的部件是处于CCD相机前方的机械快门,其保温空间狭小,紧邻CCD封窗玻璃,对温度的控制和保温结构的设计以及电子学性能等方面存在诸多新的挑战。本文中结合传热学基础理论,对保温需求进行了深入分析,在结构、温度控制电路和控制算法等方面展开了深入研究,对涉及的保温结构方案,加热方案,电子学功能模块以及算法等方面的设计进行了具体的介绍,对低温环境下部分电子学元件的性能漂移的影响及其解决方案进行了分析研究。设计研制了针对南极亮星巡天望远镜快门的温度控制系统。该系统在-86℃环境中经过长期的性能测试,目前已在南极中山站稳定运行至今。近红外天光强度是我国发展红外天文望远镜中非常重要的参数之一,主要测量观测站点上空J、H、K三个大气窗口内天光强度。对于天文望远镜来说,其强度会影响望远镜的巡天深度、曝光时间,并能够评估观测站点计划建造的望远镜的口径与其科学产出的关系,避免观测站点对望远镜口径的过分追求。发展针对天光强度信号进行探测的技术对已建造的望远镜和规划中的望远镜均具有重要的意义。然而,我国目前一直缺乏自主研发的近红外天光测量系统。近红外天光信号中常常混杂着环境的各种干扰信号,使得对天光信号的探测变得异常困难。考虑到天文观测的需求,测量系统具有对微弱信号探测以及自动化观测的能力,因此论文对近红外探测器的前置放大器、ADC与数据采集模块、真空制冷与机电技术以及数据处理算法进行了重点研究。为了降低噪声,对探测器进行深度制冷,前置放大器采用跨阻型放大器减少前放部分的噪声贡献。设计机电设备用以实现自动化观测。为了匹配天光强度的动态范围,设计高精度ADC及其数据采集模块。在提升信噪比方面,采用波形调制与正交矢量型数字锁相算法对探测器信号进行提取。目前已经完成了近红外天光测量原型样机,并实现了对南极天空流量相当的黑体响应的测量。在本论文的工作中,成功实现了南极亮星巡天望远镜快门的极端环境温度控制和近红外天光测量系统的微弱信号探测。将实现天文成像系统所需的相关技术进行了有效的融合,并取得了一些研究成果。本论文的创新之处如下:(1)采用了保温腔结构与电子学相结合的研究模式,实现了在-86℃下对南极亮星巡天望远镜快门的高精度温度控制。所设计的温度控制系统本身无需保温,可在-86℃环境稳定使用,通过控制算法实现0.0782℃的温控稳定度,并消除了低温下温度控制的不安全性。(2)研制了真空、低温、光机电一体化的深度制冷系统,通过冷链和绝热设计,使探测器的制冷深度低至61.4K。光机系统采用不同于国外方案的非制冷方式,大幅降低制冷机负载,且自身发射并不会显著提升内部噪声。(3)对微弱的近红外天光背景信号,利用深度制冷技术降低探测器噪声,利用交流调制技术去除1/f噪声,采用正交矢量型锁相技术以及相应的读出电路对信号进行有效测量,研制了面向南极近红外天光背景测量仪的原型系统。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:P111
【参考文献】
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1 刘晓为;;LAMOST银河系大规模光谱巡天计划的进展和展望[J];物理;2015年04期
2 卢海平;袁祥岩;张凯元;;南极红外巡天望远镜红外背景辐射抑制方法[J];光学学报;2014年11期
3 赵永恒;;大规模天文光谱巡天[J];中国科学:物理学 力学 天文学;2014年10期
4 刘姝娟;金滔;汤珂;沙龙;;铟丝密封件低温密封性能实验研究[J];低温工程;2013年01期
5 阚捷华;;几种墙体保温材料的保温、安全及防火性能的研究[J];工程建设;2009年02期
6 褚耀泉;;LAMOST科学观测计划[J];中国科学技术大学学报;2007年06期
7 孙志坚,孙玮,傅加林,秦悦慧;国内绝热保温材料现状及发展趋势[J];能源工程;2001年04期
8 李雨康,张世荣;深冷绝热材料的探讨[J];中国海洋平台;2001年03期
,本文编号:1305183
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