1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院空间光学系统在轨制造与集成重点实验室，吉林 长春 130033
4 长春工业大学机电工程学院，吉林 长春 130012
空间红外望远镜的成像质量依赖着低温深冷的环境。在这种环境下，对反射镜的结构及其支撑结构都提出了严格的要求。介绍了当前国内外望远镜的被动支撑结构(如bipod、hexapod和whiffle-tree结构)，然后对国内外望远镜的主动支撑结构形式和促动器的原理进行了分析说明。通过对国内外望远镜主、被动支撑结构的分析，对二者进行了对比，并指出了它们的优缺点以及各自适用的领域。提出了两种实现无热化支撑结构的方法：对于拼接式望远镜，采用whiffle-tree结构和促动器的组合支撑形式；对于单块式望远镜，采用whiffle-tree结构和A-frame结构并搭配促动器的支撑形式。
空间红外望远镜 主动支撑 被动支撑 无热化结构 促动器 space infrared telescope active support passive support athermalized structure actuator
1 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所，江苏 南京 210042
2 中国科学院天文光学技术重点实验室（南京天文光学技术研究所），江苏 南京 210042
3 中国科学院大学，北京 100049
在极端环境下光学红外望远镜伺服系统建模的实际工作过程中，实测的望远镜状态数据经常包含有各种噪声。为了减小噪声对模型辨识精度的影响，提出了一种基于带有控制的非线性动力学稀疏辨识（Spark Identification of Nonlinear Dynamics with Control, SINDYc）算法的稀疏辨识方法。针对望远镜伺服系统，对SINDYc算法进行了理论分析和数值模拟，对比了在不同的噪声水平下，望远镜伺服系统预测模型的状态变量曲线，并拟合了不同噪声水平下辨识模型的决定系数曲线。基于南极望远镜实验平台，设计了正弦和方波信号作为激励信号进行模型辨识实验，对SINDYc算法的建模准确性进行了实验验证。数值模拟模型的预测输出结果显示：SINDYc算法在20%噪声水平以下时，模型辨识精度在0.99以上；在10%噪声水平以下时，状态变化跟随最大偏差值在信号幅值的5%以内。辨识实验数据表明，在两种不同信号激励下望远镜伺服系统模型预测的辨识精度分别为0.9857与0.9952，证实了基于SINDYc算法的稀疏辨识方法的有效性和准确性。该方法辨识出的系统模型可以为未来的南极大口径光学红外望远镜控制系统的分析及控制器设计提供很好的分析模型。
光学红外望远镜 模型预测 稀疏辨识 极端环境 数据驱动 optical infrared telescope model prediction sparse identification extreme environment data-driven 红外与激光工程
2021, 50(12): 20210209
1 中国科学院上海技术物理研究所智能红外感知重点实验室, 上海 201800
2 上海科技大学信息科学与技术学院, 上海 201210
3 中国科学院大学, 北京 100049
在远距离目标检测和跟踪的过程中, 成像清晰起着至关重要的作用。红外望远镜系统的成像距离远、景深短、失焦引起图像模糊。由于大气折射, 望远镜所成的像处于不断变化之中, 造成传统对焦算法对焦成功率、效率偏低。为了提高自动对焦的成功率和速度, 采用了一种具备变步长的爬山法, 利用多次求图像清晰度取其中位数的方法保证清晰度评价的准确性, 利用带动量和加速度的爬山法降低了对焦过程中的不稳定性, 减少了粗对焦过程所需的步数。算法在实际中波红外望远镜系统中得到应用, 实验结果表明, 该算法在粗对焦阶段所需的对焦步数比传统爬山法减少了 12.8%, 满足红外望远镜系统的需要。
自动对焦 红外望远镜 评价函数 动量 加速度 autofocus,infrared telescope,evaluation function,m
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
超大口径在轨组装红外望远镜体积大、工作温度低, 各组装模块间存在相互干扰, 传统热控手段不能完全满足其热控需求。为达到热控指标, 分析、利用日地-L2点轨道外部热环境特性, 设计了一个面向超大口径在轨组装红外望远镜的五层遮阳罩。使用UG软件建立了该望远镜有限元模型, 并进行了仿真分析。结果显示: 来自太阳的1 296 W/m2的热辐射经过遮阳罩的遮挡后, 到达低温区的辐射强度降低到0.036 W/m2, 望远镜在遮阳罩展开后约210天时通过辐射被动制冷降温至50 K以下, 满足热控需求。该设计为未来我国建造超大口径空间望远镜进行了热控技术探索, 具有一定的参考价值。
遮阳罩 在轨组装 红外望远镜 日地L2点轨道 sunshield in-orbit assembly infrared telescope SE-L2 orbit 红外与激光工程
2019, 48(12): 1214001
1 西安应用光学研究所，陕西 西安 710065
2 陆军重庆军事代表局驻昆明地区军事代表室，云南 昆明 650223
针对手持热像仪较普通热像仪的特殊要求，设计了一种适用于手持热像仪长波双视场望远镜系统，该系统变倍比为2.5 倍，采用ZOOMING 型轴向移动变倍方式，采用一片透镜即可实现变倍、调焦及温度补偿功能。优化了系统光机电设计，符合手持热像仪高性能、高集成、小型化、轻量化的要求，并通过了工程实际应用及外场验证试验。
手持热像仪 红外望远镜系统 双视场 调焦 hand-held infrared infrared optical system dual field of view rotate-zoom
1 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所, 江苏 南京 210042
2 中国科学院天文光学技术重点实验室, 江苏 南京 210042
3 中国科学院大学, 北京 100049
我国将在南极建设2.5 m光学红外望远镜KDUST，为了解决镜面结霜问题，提出了氧化铟锡(ITO)薄膜加热的防霜方法。利用该方法，密封透射结构的南极巡天望远镜(AST)已经成功地应用于南极冰穹A。讨论了ITO薄膜集成于反射膜系用于防霜的可行性、防霜反射镜的制备工艺以及防霜反射镜在不同加热功率下的面形变化情况。实验结果表明，集成了ITO薄膜的反射镜具有防霜功能且对镜面面形的影响较小，有望应用于南极大型反射式望远镜系统中。
薄膜 防霜反射镜 氧化铟锡薄膜 南极2.5 m光学红外望远镜
1 云南天文台天文技术实验室, 云南 昆明 650216
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 云南北方驰宏光电有限公司, 云南 昆明 650217
定量分析了云南天文台 1m新真空红外太阳望远镜(简称 NVST), 副镜失调误差对主光轴偏移的影响。以格里高利双反射系统为例, 在综合像质达到衍射极限的前提下, 分析了副镜的离心和倾斜误差分别对光轴带来的影响, 然后分析了两种因素综合作用下, NVST光轴的可能的偏移量。模拟结果表明当副镜离心和倾斜单独存在且分别小于 0.121 mm和 0.01.时, 像质可达衍射限。当副镜离心与倾斜同时存在且耦合, 离心 4.5 mm倾斜 0.392.时, 像质仍可达到衍射限, 光轴已偏移 0.392., 远大于望远镜设计视场 0.083.。因此光轴稳定性是大型望远镜装调的一项必检指标。
红外望远镜 光学装调 光轴偏移 像质 弯沉 灵敏度矩阵 infrared telescope optical system assembly and alignment optic axis deviation image quality deflection sensitivity matrix
1 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所, 江苏 南京 210042
2 中国科学院天文光学技术重点实验室, 江苏 南京 210042
3 中国科学院大学, 北京 100049
南极Dome A被认为是地球上最为优秀的天文测光、观测台址，尤其在红外波段。为了充分利用Dome A 的独特天文观测优势条件以及满足系外行星观测需求和为我国未来南极更大口径望远镜的研制提供经验，提出建造1 m可见/红外巡天望远镜。通过掩星法探测系外行星，至少需要万分之五的测光精度，必须很好地抑制或降低系统光机结构的自身辐射。以南极1 m可见/红外巡天望远镜为例，进行南极红外望远镜杂散光抑制方法方面的探讨。由于该望远镜采用一次直接成像光学系统，光学结构简单，但无法设置冷光阑，红外背景辐射抑制效率较低。在光学系统设计上把次镜设置为孔径光阑进行优化设计，再详细介绍主镜遮光罩，次镜遮光罩，以及杜瓦瓶内冷光栏的独特设计，通过模拟仿真，自身辐射在像面上的辐照度为6.8×10-10 W/m2，为天空背景辐射在像面上的照度五分之一以下，满足天文观测三分之一要求。
光学设计 南极巡天望远镜 红外望远镜 杂散光 背景辐射 光学学报
2014, 34(11): 1122002
中国科学院光电技术研究所,四川,成都,610209
真空望远镜封窗玻璃主要受到大气压力和重力的影响,由于要求得到高空间分辨力的太阳像,所以对封窗玻璃的变形要求很高.用有限元法对封窗玻璃进行力学分析计算,得出不同角度观测时的应力及变形数据,封窗玻璃在各个位置观测时受到的应力和变形相差很小,可近似认为变形后的表面是对称旋转变形.
红外望远镜 变形分析 有限元分析 封窗玻璃
