不同子孔徑像素數(shù)時的夏克-哈特曼波前傳感器探測性能研究.pdf

1、作為自適應光學系統(tǒng)的“眼睛”，波前探測器是其不可少的一個重要組成部分。本文專注于對采用CCD器件做為光電探測器的夏克-哈特曼波前傳感器 在不同探測環(huán)境下的探測性能以及系統(tǒng)校正殘余誤差的研究。包括改變子孔徑 像素數(shù)時的夏克．哈特曼波前傳感器的探測性能研究，極弱目標的探測新方法的 初步研究以及基于自適應光學系統(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。 本文首先對采用CCD器件的夏克．哈特曼波前傳感器的各種誤差源進行了深

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

3、自適應光學系統(tǒng)閉環(huán)情況下光斑質心位置對讀出 噪聲誤差的影響。對計算探測器中波前斜率過程中處理閾值的影Ⅱ向進行了分析，在閾值對讀出噪聲和光斑尺寸的影響分析中，得出了新的結論。在綜合考慮三種誤差源的情況下，得出了不同光強下的最佳探測子孔徑像素數(shù)分布。結果表明，讀出噪聲和光子噪聲受探測光強影響較大，采樣誤差與探測光斑的大小和位置直接相關。在保持子孔徑探測動態(tài)范圍不變的情況下，隨探測光強的增強，探測誤差最小的子孔徑像素數(shù)隨之增加，最小探測誤差

4、則隨之減小。在對基于CCD探測器的夏克．哈特曼波前傳感器探測誤差進行研究的基礎上，建立了完整的仿真軟件對探測誤差進行了仿真計算。 在對夏克-哈特曼波前傳感器探測誤差進行理論分析和仿真計算的基礎上，建立了實驗系統(tǒng)，進行了大量的實驗。實驗結果驗證了理論分析和仿真計算，并根據(jù)結果得到了在一定光強下的探測誤差最小點。此最小探測誤差點所對應子孔徑內像素數(shù)隨荇探測光強的增加而增加，最小探測誤差則隨之減小。 對極弱目標探測新方法的探索

5、是本文的另一個工作點。在信噪比很低的情況下，分別考慮了對圖像進行線性增強、非線性增強處理，并首次提出對光斑圖像進行條件非線性增強和濾波處理。仿真計算結果和實驗結果均表明，在信噪比低于3.0時，線性增強和非線性增強及條件非線性增強對探測精度的提高不如濾波處理。在信噪比低于1.0時，利用濾波處理可以得到復原誤差在1／5波長左右的結果，而上述另外幾種方法則不能達到同等復原精度。 本文還提出了一種利用自適應光學系統(tǒng)閉環(huán)數(shù)據(jù)進行大氣參數(shù)和