Введение к работе
Актуальность работы. Объектом всестороннего исследования в штивных оптических системах (АОС) является поле световой волны t выходе оптической системы (ОС). Именно эта волна формирует изоб-іжения в приемкой ОС и несет энергию или информацию в пункт назначил в передающих ОС. Оптическая волна, пройдя путь от источника ілучения в среде распространения ( слой турбулентной атмосферы, [ементы ОС), получает искажения. Оптическая волна описывается далексной функцией, зависящей от точки пространства и времени , этому под действием атмосферы могут искажаться все ее компоненты амплитуда и фаза. Специфика АОС среди оптико - электронных систем том , что в ней присутствуют два дополнительных элемента - датчик лнового фронта (ВФ) и управляемый оптический элемент. Первый из-ряет фазовые искажения волны , а второй уменьшает фазовые искаже-я ( или полностью компенсирует их),тем самым улучшается качество боты оптической системы(ОС).
Актуальность астрономических наблюдений требует поиска новых годов обработки наблюдений и создания новых телескопов, обеспечи-ощих увеличение разрешающей способности и собираемой энергии при следовании астрономических объектов. Отсюда тенденция роста раз-эов телескопов, которая ограничена возможностями классических медов построения астрономических приборов, но может быть реализова-с помощью АОС.
Создание АОС открывает-также широкие перспективы в лазерной тех-гогии, медицине, лазерной локации и других областях техники.
При создании АОС проблема создания датчика ВФ является одной центральных, .и заключается в построении таких датчиков ВФ или юрмационной системы для АОС различного назначения, которые были просты в реализации, надежны в работе, обеспечивали 'высокую точіть измерения фазы волны в реальном темпе времени.
Общая проблема для всех датчиков ВФ - работа при зашумленных ных. Кроме того они должны быть инвариантны к источнику нзлуче-т.е. д'олжены работать и по изображению протяженного в общем чае неизвестного источника.
Решение этой проблемы далеко от своего завершения. Поэтому пре-гаемые в данной диссертации новые итерационные методы восстановил мод ВФ актуальны и могут быть использованы при создании АОС.
Эти методы учитывают, что наличие адаптивного элемента в А0( может быть использовано не только для компенсации искажений ВФ, не и для определения этих искажений. Они включают преимущества методг апертурного зондирования, но только итерации осуществляются не ДЛ5 выхода на экстремум критерия качества изображения, а для выхода ш безаберрационную оптическую передаточную функцию (ОПФ), что избавляет от проблем, связанных с локальными экстремумами. При этом не требуется многоканальной модуляции мод, т.е. предложенные методі содержат преимущества метода фазового сопряжения.
На основании вышеизложенного можно сформулировать цель диссертационной работы.
Цель работы. Разработка косвенных методов измерения модовы; составляющих,' которыми аппроксимируются аберрации ВФ, включающих і себя достоинства известных методов и надежно работающих по зашум-ленным измерениям пространственного спектра распределения интенсивности в одной или нескольких плоскостях регистрации изображения монохроматического источника.
Методы исследования. При решении поставленных задач использованы методы дифференциального и интегрального исчисления, методі численного анализа, методы цифровой обработки сигналов , методы математического моделирования.
Научная новизна работы состоит в том, что:
предложен модифицированный итерационный метод Ньютона дл идентификации мод аберраций волнового фронта по измерениям в одної плоскости пространственного спектра распределения интенсивност) в изображении точечного источника.
предложен итерационный метод последовательной компенсаци) мод аберраций ,волнового фронта по измерениям в одной плоскості пространственного спектра распределения интенсивности в изображени точечного источника и по измерениям в двух плоскостях для протяжен ного некогерентного источника, что делает метод инвариантным к ис точнику.
определены параметры итерационных методов, обеспечивающих и сходимость при зашумленных измерениях для юстировки разреженног сегментного зеркала с числом сегментов п=3,6,18.
определены параметры итерационных методов, обеспечивающих и сходимость при зашумленных измерениях и при наличии остаточны аберраций волнового фронта для гибкого зеркала, компенсирующей
рвичные аберрации волнового фронта.
Практическая ценность работы состоит в том. что: - - разработан математический, алгоритмический аппарат и прог-ммное обеспечение для исследования возможных схем технической ре-изации датчика ВФ на основе предлагаемых методов, в том числе по ображению протяженного источника.
- предлагаемые методы используют информацию об аберрациях ВФ
изображений, сформированных основной оптической системой (ОС),
о исключает необходимость применения сложных технических средств па датчика Гартмана, а также учитывают аберрации самой оптической стемы(ОС).
- предлагаемые методы не требуют пробных воздействий на адап-вный элемент оптической системы(ОС) как в методе фазовой модуля-и или в методе апертурного зондирования, что позволяет повысить стродействие АОС.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертаци-ной-работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях симпозиумах:.
Молодежная-научно-техническая конференция "Гагаринские чте-я" (Москва,МАТИ.1993);
научно-техническая конференция "Научный потенциал ВУЗов -ограмме "Конверсия" (Казань,КГТУ, 1993);
I Межреспубликанский симпозиум "Оптика атмосферы и океана" омск, Томский научный центр СО РАН,1994);
научно-техническая конференция КГТУ им.А.Н.Туполева по ито-м работы за 1992-1993 г.г. (Казань,КГТУ,1994);
Международная научно-техническая конференция "Модель-проект " (Казань.КГТУ,1995).
II Межреспубликанский симпозиум "Оптика атмосферы и океана" омск, Томский научный центр СО РАН, 1995);
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 9 чатных работах, в том числе статья в журнале "Оптика атмосферы и еана" и статья в сборнике "Вестник КГТУ".
Структура и объем работы.
Диссертационная работа изложена на 129 страницах машинописного кета, иллюстрирована 36 рисунками и 4 таблицами и состоит из вве-ния, трех глав, заключения, списка литературы из 72 наименований приложения.