Prototype of solar ground layer adaptive optics at the 1 m New Vacuum Solar Telescope

A prototype of a solar ground-layer adaptive optics （GLAO） system, which consists of a multi-direction corre- lating Shack-Hartmann wavefront sensor with 30 effective subapertures and about a 1 arcmin field of view （FoV） in each subaperture, a deformable mirror with 151 actuators conjugated to the telescope entrance pupil, and a custom-built real-time controller based on field-programmable gate array and multi-core digital signal processor （DSP）, is implemented at the 1 m New Vacuum Solar Telescope at Fuxian Solar Observatory and saw its first light on January 12th, 2016. The on-sky observational results show that the solar image is apparently improved in the whole FoV over 1 arcmin with the GLAO correction.

抚仙湖一米新真空太阳望远镜6米近红外光谱仪装调及太阳1.56微米光谱的初步观测结果

主要介绍了抚仙湖1 m新真空太阳望远镜(the 1-meter New Vacuum Solar Telescope,NVST)6 m水平式近红外光谱仪的安装过程和实测结果。主要讨论内容是光路设计特点、光学系统的装调以及利用该光谱仪对活动区NOAA 11662黑子进行的初步近红外光谱实测(波长1.56μm附近)。成功观测到由黑子强磁场造成的Fe I 1.56μm谱线裂变现象,并初步估算了磁场强度。该光谱的成功装调和使用,充分实现了对9 m光谱仪光学系统的整体检测,为9 m光谱仪的安装调试提供了宝贵的经验和参考。

一米新真空红外太阳望远镜多波段光谱仪光谱弯曲分析

在太阳长狭缝光谱观测中,光谱的狭缝方向和色散方向应该分别与CCD探测器的两个边缘平行。但实际上,由于狭缝、光栅、CCD探测器的机械安装精度等原因,会造成他们之间的位置关系不匹配,导致得到的太阳光谱总是存在一定的倾斜和变形。即使有时这些倾斜很微小,也会对太阳光谱的平场计算造成严重影响,从而影响整个光谱数据的处理过程。对抚仙湖1 m新真空红外太阳望远镜多波段光谱仪得到的一组Hα光谱数据的倾斜量做了测量和分析,并讨论了其对太阳光谱平场计算的影响。

NVST的长期跟踪误差分析及改正

由于1 m太阳望远镜主体、光电导行及终端仪器消旋平台等的结构特点,即使光电导行系统闭环后,望远镜长时间跟踪精度仍然较低。为了解决这一问题,首先根据望远镜的结构特点分析了跟踪误差随时间变化的原因,然后通过理论和实测分析了误差的变化特点,研究了如何通过相关算法检测望远镜折轴焦点F_3焦面的高分辨率成像观测系统中的图像移动量,并平滑高频分量,分离出低频分量以反馈给望远镜定位跟踪系统,进一步提高望远镜的长时间跟踪精度。最后进行了高分辨率成像观测系统中TiO通道闭环跟踪实验,实验表明,在4小时的闭环跟踪时间内,跟踪误差的均方根值为0.52″,表明通过折轴焦点F_3成像观测系统中的图像移动量对望远镜实行闭环跟踪能够提高望远镜的长时间跟踪精度。

一米新真空太阳望远镜离焦对高分辨太阳观测图像重建的影响

由于太阳辐射、环境温度等因素,太阳望远镜在一个观测日内往往有较明显的像差变化,而离焦是其中的主要像差。针对抚仙湖1 m太阳望远镜的高分辨成像观测系统,对其离焦像差及变化进行了简要分析,在此基础上模拟分析了离焦像差对图像高分辨统计重建的影响。分析结果表明,离焦像差对高分辨重建图像的相位传递函数影响不大,但对调制传递函数有明显的影响,进而造成像质衰减,应当进行补偿。

一米新真空太阳望远镜多波段光谱仪杂散光及空间PSF的测量

杂散光由于光学表面散射和地球大气散射引起,降低了光谱图像的空间分辨率。光学系统都存在杂散光,要获得高分辨的光谱图像需要对杂散光进行抑制。多波段光谱仪的杂散光分为两类:(1)光谱桶内由于光机结构引起的杂射光;(2)混在成像光路中并参与色散的杂散光。第1种杂散光可直接测量,约占光谱能量的3%左右。第2种杂散光由于受多种因素影响,所以很难精确测量。从日食光谱测量中测得在观测目标周围对目标产生的杂散光的下限约为10%,并对空间方向的点扩散函数进行测量,为光谱的高分辨重建提供参考。

一米新真空太阳望远镜多波段光谱仪CaⅡ通道杂散光研究

观测目标的亮度越小,杂散光对其的影响越大。在光谱观测中,由于谱线线心的剩余能量较小,所以杂散光对光谱观测的影响显著。在用抚仙湖1 m太阳望远镜多波段光谱仪进行光谱观测时发现,CaⅡ光谱图像在855.6 nm吸收线右侧的亮度有肉眼可见的明显下降,针对此现象分析产生光谱图像色散方向上亮度左右差异的原因,结合杂散光的理论用实验的方法找出杂散光的来源及传输路径。分析结果表明,产生此种现象是由于狭缝的次极大衍射光照亮成像镜后反射到CCD,形成一个弧形的杂散光亮斑,强度约为光谱图像平均光子数的20.9%,对CaⅡ通道的光谱图像产生了严重的影响。对分析的结果进行了理论验证。利用遮挡杂散光传输路径与图像处理两种抑制杂散光的方法对其进行消除,使CaⅡ通道杂散光恢复到正常水平。

NVST焦点探测系统

1 m新真空太阳望远镜在连续观测时,太阳辐射导致的温度变化使其光机结构产生热变形,主要表现为焦点实时变化,产生离焦像差,影响观测数据的质量。为解决这一问题,基于焦点扫描探测算法并结合望远镜的系统结构设计了一个焦点探测系统。首先分析了1 m新真空太阳望远镜焦点变化并设计了焦点探测系统的总体结构;然后进行软硬件系统的详细设计和实现,重点对系统的重复精度和焦点探测精度进行测试,表明系统能满足望远镜的焦点探测精度要求;最后给出了焦点探测系统在望远镜上3个月的运行结果:系统能实时监测望远镜的焦点变化,根据焦点的变化量进行调焦,能得到优秀的观测数据。

基于自监督深度学习的NVST图像去噪

新型真空太阳望远镜(NVST)作为研究太阳物理最主要的光学太阳望远镜之一,在采集图像数据过程中会遭受各种噪声干扰,影响对观测数据的研究。一些基于标准监督深度学习的方法在图像去噪领域取得显著成果,但对于干净数据难以获取的天文图像领域该类方法变得不适用。针对此问题,本文将基于自监督深度学习的图像去噪方法应用于NVST图像去噪。为定量评价网络模型性能,首先对经过重建的数据添加仿真噪声;其次将含噪数据通过噪声水平估计网络对噪声水平进行估计;接着利用自监督卷积盲点网络对图像特征进行学习,同时使用贝叶斯推理对图像进行恢复;最后通过峰值信噪比和结构相似度评价指标、相关性分析和功率谱分析对实验结果进行定量分析。实验结果表明,不论对于仿真噪声数据还是实际观测数据,相较于实验中其他图像去噪方法,本文方法能有效降低噪声对NVST图像的干扰,提高图像信噪比。同时也为干净图像数据难以获取的其他工程领域提供解决思路。