一种太阳活动区高分辨力层析成像望远镜装置，包括光学望远镜系统、太阳自适应光学系统、多光谱层析成像系统、图像复原及数据融合系统。本装置利用太阳辐射光谱与太阳大气高度的关系，通过增加多光谱层析成像系统，并结合太阳自适应光学技术、图像复原技术，最终实现对太阳活动区进行高分辨力、高对比度层析成像观测。本发明专利技术创新性和实用性强，对研究太阳活动发展、演化具有重要作用。
【技术实现步骤摘要】
一种太阳活动区高分辨力层析成像望远镜装置
本专利技术涉及太阳活动区观测
，特别是针对太阳表面活动区进行高分辨力观测和多光谱层析成像观测
技术介绍
太阳大气具有层状结构，由内而外分为光球、色球、过渡区和日冕。太阳耀斑和日冕物质抛射等爆发活动贯穿整个太阳大气，尽管太阳大气每个高度层都有自己独特的物理特性，但其通过热流动，磁场能量和物质运动紧密地联系起来，因此太阳大气应该被看作一个三维整体。太阳大气不同层具有不同温度和物质，向外辐射不同频率的电磁波。随着太阳物理学进步，人类对太阳研究在时间尺度、空间尺度及光谱精度等方面提出更高的要求，因此，对太阳望远镜装置也提出了更高的时间分辨力、空间分辨力和光谱分辨力需求。当前，太阳望远镜口径不断增大，集光能力和理论空间分辨力得到提高。然而，由于大气湍流的影响，大口径太阳望远镜在可见光波段观测时的最好效果，只相当于一台口径约为10厘米的小口径望远镜在衍射极限时的观测效果，因此，大口径太阳望远镜实际观测能力并没有随着口径增大而明显提高；为了克服大气湍流对望远镜成像质量造成的影响，世界上各大口径太阳望远镜相继配备了太阳自适应光学系统，如美国1.6米太阳望远镜NST配备了97单元太阳自适应光学系统(AdaptiveOpticsattheBigBearSolarObservatory:InstrumentDescriptionandFirstObservations),德国1.5米太阳望远镜GREGOR配备了256单元太阳自适应光学系统(The1.5metersolartelescopeGREGOR，Astron.Nachr,Vol.333,No.9,pp:796～809,2012).正在筹建中的美国4米太阳望远镜ATST也采用1369单元太阳自适应光学系统校正大气像差(HighOrderAdaptiveOpticsSystemReferenceDesignPerformanceModeling，ATSTProjectDocumentation,TN-0073,RevisionA,2006),欧盟多国共同筹建的4米太阳望远镜EST也需要采用太阳自适应光学系统作为太阳望远镜高分辨力观测的组成部分(WavefrontSensingandWavefrontReconstructionforthe4mEuropeanSolarTelescope,Proc.OfSPIE,7736:77362J,2010).因此，太阳自适应光学系统已经成为太阳望远镜装置获得高分辨力观测的必须手段之一。然而，为了获得太阳表面活动区在不同太阳大气高度的不同形态，以及太阳活动在不同太阳大气高度的演化过程，仅仅采用集成太阳自适应光学系统的望远镜装置对太阳活动区进行高分辨力观测是不够的，还需要对太阳表面进行多光谱层析成像观测。当前，国内外较大口径太阳望远镜装置已经或即将安装太阳自适应光学系统，能够实现对太阳活动区进行高分辨力观测。然而，传统太阳望远镜仅能够观测太阳活动区在特定太阳大气高度的表现形式是不够的，为了建立太阳活动区在太阳大气不同高度的产生、发展、壮大的演变过程，需要对太阳活动区在不同太阳大气高度表现形式进行观测，建立太阳活动与太阳大气结构水高度变化的函数关系。虽然太阳大气每个高度层都有自己独特的物理特性，但太阳大气不同层具有不同温度和物质，向外辐射不同频率的电磁波。因此，可以通过对太阳活动区不同光谱观测实现太阳活动在不同太阳大气高度的表现，可以得到太阳活动区的瞬时三维结构以及太阳活动形式的发展过程，为实现对太阳活动的预警和预报奠定数据基础。但传统太阳望远镜配备太阳自适应光学系统后无法实时获得更高分辨力的观测图像，且观测结果仅针对特定太阳大气高度太阳活动区。这限制了研究人员利用大口径太阳望远镜获得太阳活动区在太阳大气中的三维结构，以及在太阳大气不同高度的形态、发展、演化过程和趋势，
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种太阳活动区高分辨力层析成像望远镜装置，实现更高分辨力实时观测能力和大视场观测能力，为太阳活动的数学模型建立、太阳风暴演化的预报和预警提供重要依据。本专利技术解决上述的技术问题采用的技术方案是：一种太阳活动区高分辨力层析成像望远镜装置，包括光学望远镜系统、太阳自适应光学系统、多光谱层析成像系统、图像复原及数据融合系统；光学望远镜系统，包括轻质蜂窝主镜、次镜、中继反射镜组、主镜室、主镜温控系统、热视场光阑及温控系统、镜筒结构和机架结构；其中，轻质蜂窝主镜被安装于主镜室上，并作为整体与次镜、中继反射镜组共同依附于镜筒结构和机架结构上，通过镜筒结构与机架结构连接为一体；入射光束首先经过轻质蜂窝主镜反射后在主镜的焦点位置形成实焦点，并继续向前传播至次镜的反射面，次镜为有焦反射镜，再次将光束反射，并形成观测焦点；中继反射镜组对次镜反射光进行合理编排，使得观测焦点能够进入观测室，便于在光学望远镜观测室；主镜温控系统位于主镜室中，并通过主镜室的支撑结构将轻质蜂窝主镜支撑在上方；主镜温控系统通过向轻质蜂窝主镜面板背板吹较低温度冷媒，使轻质蜂窝主镜背板温度降低，并进一步降低轻质蜂窝主镜面板温度，达到缩小轻质蜂窝主镜镜面与周围环境空气之间温度差，并最终实现对轻质蜂窝主镜镜面视宁度效应的控制；同时，主镜温控系统对轻质蜂窝主镜的温度控制，也能够实现轻质蜂窝主镜镜体的温度均匀分布，从而抑制由于温度分布不均匀导致的热变形效应；热视场光阑及温控系统位于光学望远镜系统主焦点位置处，热视场光阑限制光学望远镜系统成像视场，并通过对光学望远镜系统成像视场的限制，限制进入望光学望远镜系统的能量，避免次镜及中继反射镜组变形甚至损坏，也保证光学望远镜系统的成像质量；热视场光阑仅在光学望远镜系统在白天对太阳活动区进行观测时需要使用，通过热视场光阑对成像视场的限制，限制进入次镜和中继反射镜组的太阳光辐射强度，从而保证光学望远镜系统的成像质量；热视场光阑温控系统对热视场光阑进行冷却，冷却途径为通过将低温液体冷媒注入热视场光阑腔体内，对热视场光阑进行降温，并回收冷却废液，形成循环系统，最终实现热视场光阑与周围环境空气温度平衡，控制光学望远镜内部视宁度效应，保证光学望远镜系统的成像质量；热视场光阑及温控系统位于光学望远镜主焦点处，固定于光学望远镜镜筒结构上；热视场光阑温控系统通过冷媒输送和回收管道与热视场光阑进行连接，实现对热视场光阑的温度控制，热视场光阑温控系统自身则固定于镜筒结构上；太阳自适应光学系统，位于光学望远镜系统的观测焦点之后，由准直器、高速倾斜反射镜、可变形反射镜、波前探测器及性能评估器组成；准直器位于光学望远镜系统的观测焦点之后，用于将会聚光束准直成平行光，准直后的平行光束分别进入高速倾斜镜、可变形反射镜和波前探测器，分别用于校正倾斜像差、高阶大气像差以及波前畸变探测；性能评估器根据校正后的波前探测器的波前测量结果，计算太阳活动区高分辨力层析成像望远镜装置点扩展函数，并作为后端图像复原和数据融合系统的依据，获得更高分辨力的图像复原结果；太阳光束经过太阳自适应光学系统波前校正后，进入多光谱层析成像系统中；多光谱层析成像系统，按照成像光谱波长范围不同分为可见光波段层析成像模块、近红外波段层本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种太阳活动区高分辨力层析成像望远镜装置，其特征在于：包括光学望远镜系统、太阳自适应光学系统、多光谱层析成像系统、图像复原及数据融合系统；光学望远镜系统，包括轻质蜂窝主镜(1)、次镜(2)、中继反射镜组(3)、主镜室(4)、主镜温控系统(5)、热视场光阑及温控系统(6)、镜筒结构和机架结构；其中，轻质蜂窝主镜(1)被安装于主镜室(4)上，并作为整体与次镜(2)、中继反射镜组(3)共同依附于镜筒结构和机架结构上，通过镜筒结构与机架结构连接为一体；入射光束首先经过轻质蜂窝主镜(1)反射后在主镜(1)的焦点位置形成实焦点，并继续向前传播至次镜(2)的反射面，次镜(2)为有焦反射镜，再次将光束反射，并形成观测焦点；中继反射镜组(3)对次镜(2)反射光进行合理编排，使得观测焦点能够进入观测室，便于在光学望远镜观测室；主镜温控系统(5)位于主镜室(4)中，并通过主镜室(4)的支撑结构将轻质蜂窝主镜(1)支撑在上方；主镜温控系统(5)通过向轻质蜂窝主镜(1)面板背板吹较低温度冷媒，使轻质蜂窝主镜(1)背板温度降低，并进一步降低轻质蜂窝主镜(1)面板温度，达到缩小轻质蜂窝主镜(1)镜面与周围环境空气之间温度差，并最终实现对轻质蜂窝主镜(1)镜面视宁度效应的控制；同时，主镜温控系统(5)对轻质蜂窝主镜(1)的温度控制，也能够实现轻质蜂窝主镜(1)镜体的温度均匀分布，从而抑制由于温度分布不均匀导致的热变形效应；热视场光阑及温控系统(6)位于光学望远镜系统主焦点位置处，热视场光阑限制光学望远镜系统成像视场，并通过对光学望远镜系统成像视场的限制，限制进入望光学望远镜系统的能量，避免次镜(2)及中继反射镜组(3)变形甚至损坏，也保证光学望远镜系统的成像质量；热视场光阑仅在光学望远镜系统在白天对太阳活动区进行观测时需要使用，通过热视场光阑对成像视场的限制，限制进入次镜(2)和中继反射镜组(3)的太阳光辐射强度，从而保证光学望远镜系统的成像质量；热视场光阑温控系统对热视场光阑进行冷却，冷却途径为通过将低温液体冷媒注入热视场光阑腔体内，对热视场光阑进行降温，并回收冷却废液，形成循环系统，最终实现热视场光阑与周围环境空气温度平衡，控制光学望远镜内部视宁度效应，保证光学望远镜系统的成像质量；热视场光阑及温控系统位于光学望远镜主焦点处，固定于光学望远镜镜筒结构上；热视场光阑温控系统通过冷媒输送和回收管道与热视场光阑进行连接，实现对热视场光阑的温度控制，热视场光阑温控系统自身则固定于镜筒结构上；太阳自适应光学系统，位于光学望远镜系统的观测焦点之后，由准直器(7)、高速倾斜反射镜(8)、可变形反射镜(9)、波前探测器(10)及性能评估器(11)组成；准直器(7)位于光学望远镜系统的观测焦点之后，用于将会聚光束准直成平行光，准直后的平行光束分别进入高速倾斜镜(8)、可变形反射镜(9)和波前探测器(10)，分别用于校正倾斜像差、高阶大气像差以及波前畸变探测；性能评估器(11)根据校正后的波前探测器(10)的波前测量结果，计算太阳活动区高分辨力层析成像望远镜装置点扩展函数，并作为后端图像复原和数据融合系统的依据，获得更高分辨力的图像复原结果；太阳光束经过太阳自适应光学系统波前校正后，进入多光谱层析成像系统中；多光谱层析成像系统，按照成像光谱波长范围不同分为可见光波段层析成像模块(12)、近红外波段层析成像模块(13)及红外波段层析成像模块(14)；多光谱层析成像系统位于太阳自适应光学系统后端，经过不同光谱限制范围的分光镜后分别进入可见光波段层析成像模块(12)、近红外波段层析成像模块(13)及红外波段层析成像模块(14)中；可见光波段层析成像模块(12)、近红外波段层析成像模块(13)或红外波段层析成像模块(14)结构相同，均由滤光器(15)、成像系统(16)、成像相机(17)和同步控制模块(18)组成；滤光器(15)位于成像系统(16)之前的平行光中，根据科学目标对成像系统(16)成像中心波长和光谱带宽进行限制；成像系统(16)用于对特定太阳大气高度的太阳活动区进行成像；成像相机(17)用于对特定光谱成像观测，获得对应太阳大气高度的成像结果；同步控制模块(18)用于各光谱成像相机的同步控制，位于成像相机(17)后端，通过信号线与各光谱成像相机连接；图像复原及数据融合系统，位于太阳活动区高分辨力层析成像望远镜装置末端，包括图像复原模块(19)和数据融合模块(20)，是对多光谱层析成像系统获取的成像结果进行图像复原，获得更高分辨力的图像以及与光谱相关的显示，大视场图像的拼接，并最终对复原后的图像进行数据融合，获得某一时刻太阳活动区在不同太阳大气表现形式的三维信息；图像复原模块(19)根据太阳自适应光学系统中性能评估模块(11)计算结果及多光谱层析成像系统成像相机(17)光谱强...
【技术特征摘要】
1.一种太阳活动区高分辨力层析成像望远镜装置，其特征在于：包括光学望远镜系统、太阳自适应光学系统、多光谱层析成像系统、图像复原及数据融合系统；光学望远镜系统，包括轻质蜂窝主镜(1)、次镜(2)、中继反射镜组(3)、主镜室(4)、主镜温控系统(5)、热视场光阑及温控系统(6)、镜筒结构和机架结构；其中，轻质蜂窝主镜(1)被安装于主镜室(4)上，并作为整体与次镜(2)、中继反射镜组(3)共同依附于镜筒结构和机架结构上，通过镜筒结构与机架结构连接为一体；入射光束首先经过轻质蜂窝主镜(1)反射后在主镜(1)的焦点位置形成实焦点，并继续向前传播至次镜(2)的反射面，次镜(2)为有焦反射镜，再次将光束反射，并形成观测焦点；中继反射镜组(3)对次镜(2)反射光进行合理编排，使得观测焦点能够进入观测室，便于在光学望远镜观测室观测；主镜温控系统(5)位于主镜室(4)中，并通过主镜室(4)的支撑结构将轻质蜂窝主镜(1)支撑在上方；主镜温控系统(5)通过向轻质蜂窝主镜(1)面板背板吹较低温度冷媒，使轻质蜂窝主镜(1)背板温度降低，并进一步降低轻质蜂窝主镜(1)面板温度，达到缩小轻质蜂窝主镜(1)镜面与周围环境空气之间温度差的目的，并最终实现对轻质蜂窝主镜(1)镜面视宁度效应的控制；同时，主镜温控系统(5)对轻质蜂窝主镜(1)的温度控制，也能够实现轻质蜂窝主镜(1)镜体的温度均匀分布，从而抑制由于温度分布不均匀导致的热变形效应；热视场光阑及温控系统(6)位于光学望远镜系统主焦点位置处，热视场光阑限制光学望远镜系统成像视场，并通过对光学望远镜系统成像视场的限制，限制进入望光学望远镜系统的能量，避免次镜(2)及中继反射镜组(3)变形甚至损坏，也保证光学望远镜系统的成像质量；热视场光阑仅在光学望远镜系统在白天对太阳活动区进行观测时需要使用，通过热视场光阑对成像视场的限制，限制进入次镜(2)和中继反射镜组(3)的太阳光辐射强度，从而保证光学望远镜系统的成像质量；热视场光阑温控系统对热视场光阑进行冷却，冷却途径为通过将低温液体冷媒注入热视场光阑腔体内，对热视场光阑进行降温，并回收冷却废液，形成循环系统，最终实现热视场光阑与周围环境空气温度平衡，控制光学望远镜内部视宁度效应，保证光学望远镜系统的成像质量；热视场光阑及温控系统位于光学望远镜主焦点处，固定于光学望远镜镜筒结构上；热视场光阑温控系统通过冷媒输送和回收管道与热视场光阑进行连接，实现对热视场光阑的温度控制，热视场光阑温控系统自身则固定于镜筒结构上；太阳自适应光学系统，位于光学望远镜系统的观测焦点之后，由准直器(7)、高速倾斜反射镜(8)、可变形反射镜(9)、波前探测器(10)及性能评估器(11)组成；准直器(7)位于光学望远镜系统的观测焦点之后，用于将会聚光束准直成平行光，准直后的平行光束分别进入高速倾斜镜(8)、...
【专利技术属性】
技术研发人员：饶长辉，顾乃庭，朱磊，刘洋毅，李程，黄金龙，程云涛，张兰强，郑联慧，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51
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