1 中国科学技术大学，安徽 合肥 230022
2 中国科学技术大学 南京天文仪器研制中心，江苏 南京 210042
3 中科院南京天文仪器有限公司，江苏 南京 210042
针对振动环境中传统光斑中心定位算法存在的处理时间长、精度低等问题，本文提出一种基于遗传算法优化BP神经网络的光斑定位方法。使用BP神经网络对光斑位置进行预测，并通过遗传算法对神经网络进行优化。构建BP神经网络模型，将使用质心、形心、高斯拟合等方法求出的光斑中心位置以及形心法求出的光斑半径作为输入，对光斑真实中心位置进行预测。并使用遗传算法优化神经网络的权值和阈值，以增强预测效果。实验过程中，通过对光学系统外加干扰模拟振动环境，采集数据用于神经网络训练和算法验证。实验结果表明，优化前后的标定测试迭代次数分别为55和29，平均误差分别为0.81像素和0.45像素。由本文结果可知，在遗传算法的优化下，神经网络算法的迭代速度和预测精度均有所提高。
遗传算法 BP神经网络 图像处理 激光光斑中心 genetic algorithm BP neural network image processing laser spot center
1 中国科学技术大学，安徽 合肥 230022
2 中国科学技术大学 南京天文仪器研制中心，江苏 南京 210042
3 中科院南京天文仪器有限公司，江苏 南京210042
4 上海师范大学 数理学院，上海 200234
为解决Φ2 m平面镜高精度面形检测问题，并提高瑞奇-康芒检测方法的可靠性，研究了一种基于单位激励法与逆向复算的Φ2 m平面镜面形检测技术。分析了在气流扰动、球面镜面形等误差源对单位激励面形计算方法的影响；采用单位激励与光学软件逆向复算相结合的方式，提高瑞奇康芒-检测方法的可靠性。仿真分析2 m平面镜检测过程中气流变化对面形恢复的影响，结果显示：在气流影响情况下，经过多次平均计算面形解算稳定性保持在0.003λ；在球面镜面形影响情况下，面形计算精度达到0.0079λ。采用这种方法，对实际Φ2 m平面镜进行面形加工过程控制，面形检测结果显示该平面镜的RMS达到0.0415λ，PV为0.2040λ（λ=632.8 nm）。该研究旨在解决误差影响情况下大口径平面镜面形检测问题，对于实际镜面加工、检测具有重要的应用意义。
2 m平面镜 瑞奇-康芒 影响矩阵 单位激励 逆向复算 Φ2 m plane mirror Ricky-Common influence matrix unit excitation reverse calculation 红外与激光工程
2022, 51(12): 20220154
1 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230022
2 中国科学技术大学南京天文仪器研制中心, 江苏 南京 210042
3 中科院南京天文仪器有限公司, 江苏 南京 210042
4 上海师范大学数理学院, 上海 200234
为解决中高温条件下材料发射率的测量问题,提出了一种基于半椭球反射镜的高温材料光谱发射率测量技术。该技术使用800 mm口径半椭球反射镜大范围聚焦信号光,利用3种离轴抛物镜来切换不同测试视场,并利用高功率激光器对样品进行加热。仿真研究了所设计系统的测量误差,结果表明,反射率测量偏差最大为0.035,透射率测量偏差最大为0.031。构建了基于800 mm口径半椭球镜的发射率测量系统,测算了某合金材料和某半透明材料的反射率、透射率和发射率,表明所设计的系统可实现常温到中高温(300~1200 K)、多视场(30°、60°、90°)、宽谱段(2~14 μm)的测量。
几何光学 半椭球反射镜 发射率测量 反射率测量 透射率测量 红外光谱仪
1 中国科学院南京天文仪器研制中心, 江苏 南京 210042
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 中国科学院南京天文仪器有限公司, 江苏 南京 210042
主动光学是现代大型反射式光学望远镜领域的一项关键技术,能够有效减少像差,提升成像质量,然而,现有校正算法严重依赖系统的响应矩阵和物理参数;由于实际望远镜系统的误差具有一定的随机性和非线性,往往难以获得精确的响应矩阵和物理参数模型,从而导致校正精度不理想或者需要多次校正。针对这些问题,提出一种不依赖响应矩阵和物理参数模型的深度学习校准(DLCM)算法。该算法借助深度神经网络强大的预测和自学习能力,建立校正算法所需的动力学模型网络、策略网络和决策单元,只需要结合相应设备就可以让控制系统自动学习并自动优化,从而完成镜面校正工作。最后,使用ANSYS有限元仿真对DLCM算法进行验证,结果表明,本文算法能够快速精准地完成校正工作,并且,无论校准速度还是校准精度,均优于传统校准算法。
成像系统 主动光学 深度学习 卷积神经网络 启发式搜索 进化策略
1 中科院南京天文仪器研制中心，江苏南京 210042
2 中国科学院大学，北京 100039
3 合肥工业大学，安徽合肥 230009
4 中科院南京天文仪器有限公司，江苏南京 210042
为了满足光学平台在低温下（－213℃）的光学设计稳定性要求，本文设计了一种温度补偿结构，基于材料热膨胀系数随温度变化的原理对该结构进行了理论计算和实验验证。该结构通过控制螺栓的预紧力保证连接件可靠，并使殷钢板在低温下处于自由伸缩状态；并利用在低温下因瓦合金变形极小补偿不锈钢变形带来的误差。其光学系统的在低温下的指标RMS≤?/10，?＝632.8 nm。理论表明，在低温下因瓦合金的最大变形量为0.24884mm，不锈钢的最大变形量为2.910mm；实验结果表明：在常温和低温下用干涉仪测得的光学系统的面形精度分别为RMS＝?/13、RMS＝?/12，?＝632.8 nm。在低温下能较好满足光学设计稳定性要求。
低温（－213℃） 光学设计稳定性 温度补偿 不锈钢变形 螺栓预紧力 热膨胀系数 at low temperature of －213℃ optical stability of optical design temperature compensation deformation of stainless steel bolt pre-tightening force coefficent of thermal expansion
