基于自由曲面的多子镜稀疏孔径空间望远镜成像及优化理论研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61875145
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    61.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0501.光学信息获取、显示与处理
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The development of the space remote technique is in urgent need of high resolution space telescope. Conventional large aperture telescope fails to meet the requirements because of the limitation of materials and weights. The sparse aperture optical system has become one of the techniques to overcome the challenge, yet it still has the problem of lower image quality due to information loss. In this project, we apply the freeform primary mirror for sparse aperture space telescope. The freeform has the advantages of correcting the aberrations as well as making the system miniaturize and lightweight. The field will become larger and the modulation transfer function will improve, thus the imaging resolution is increased. However, the flexible property of the freeform has led to the failure of the existing design theory and optimization method of the sub-mirrors, which poses huge challenges to the application of the freeform to the sparse aperture system. In the light of this, theoretical mode of the freeform multiple-mirror primary mirror is well researched. The sub-mirrors array of the freeform primary is optimized, and the optical image and image restoration algorithm are investigated. Then we establish the imaging and optimization theory based on the freeform primary mirror and set up the principle prototype. This project will build theoretical and experimental foundation for the application of the sparse aperture system to the space remote field. The bottleneck troubling the development of the large aperture and high resolution space telescope will be solved and the application of the freeform in the space remote system will be greatly expanded.
航天遥感迫切需要高分辨空间望远镜,然而受材料、重量等因素制约,常规大口径望远镜无法满足实际需求,因此稀疏孔径光学系统成为解决此限制的方案之一。但稀疏孔径光学系统存在信息丢失,成像质量低等问题。本项目提出在稀疏孔径空间望远镜中采用自由曲面主镜,利用自由曲面超强校正像差的能力使系统实现小型化、轻量化和大视场,同时改善系统调制传递函数,提高成像分辨率。但由于自由曲面元件面形自由无约束,已有的稀疏孔径光学成像设计理论及子孔径优化方法失效,使自由曲面元件应用于稀疏孔径望远镜中面临巨大难题。针对此,本项目主要研究稀疏孔径自由曲面多子镜主镜理论模型、自由曲面主镜子孔径阵列优化、光学成像特性及图像复原算法等,以期建立基于自由曲面的稀疏孔径望远镜成像及优化理论,并搭建原理样机,为稀疏孔径系统应用于航天遥感提供理论与实验基础。项目有助于解决困扰大口径高分辨空间望远镜发展的瓶颈,并拓展自由曲面在航天遥感的应用。

结项摘要

航天遥感迫切需要高分辨空间望远镜,然而受材料、重量、发射等因素的制约,常规大口径望远镜无法满足实际需求,因此稀疏孔径光学系统成为解决此限制的方案之一。但稀疏孔径光学系统存在信息丢失,成像质量低等问题。本项目提出在稀疏孔径空间望远镜中采用自由曲面主镜,构建自由曲面稀疏孔径望远系统,利用自由曲面超强校正像差以及能使系统实现小型化、轻量化和增大视场的能力,改善系统调制传递函数,提高成像分辨率。但由于自由曲面元件面型自由无约束,已有的稀疏孔径光学成像设计理论及子孔径优化方法失效,使自由曲面元件应用于稀疏孔径望远镜中面临巨大难题。针对此,本项目主要建立稀疏孔径自由曲面多子镜主镜理论模型、进行自由曲面主镜子孔径阵列优化、构建光学成像特性及图像复原算法等,获得基于自由曲面的稀疏孔径望远镜成像及优化理论。在上述理论研究基础上,设计了一款包围口径为250mm,F数为5.8,焦距为1450mm,全视场角为0.5deg,子镜直径为80mm(填充因子为30.7%)三子镜稀疏孔径望远镜,该望远镜在全视场范围内成像质量达到衍射极限。采用双泽尼克多项式描述在不同视场角下稀疏孔径望远镜的光瞳函数,通过傅立叶变换获得不同视场稀疏孔径光学系统的点扩散函数PSF和调制传递函数MTF。采用泽尼克多项式描述主镜和子镜的波前像差,根据子镜相对于主镜中心的位置以及子镜的尺寸大小,构建子镜相对于主镜的泽尼克多项式系数转换矩阵,从而计算各个子镜的泽尼克多项式系数。通过设计加工和装调,搭建了基于自由曲面的主镜三子镜稀疏孔径望远镜原理样机,并开展成像实验研究和图像复原。实验结果表明: 与具有相同口径的球面稀疏孔径相比较,自由曲面稀疏孔径望远镜具有更大的成像范围和更高的成像对比度。项目研究有助于解决困扰大口径高分辨空间望远镜发展的瓶颈,并拓展自由曲面在航天遥感的应用。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(3)
会议论文数量(2)
专利数量(17)
An off-axis Golay3 sparse aperture telescope with a freeform secondary mirror
带有自由曲面副镜的离轴 Golay3 稀疏孔径望远镜
  • DOI:
    10.1007/s10043-019-00504-8
  • 发表时间:
    2019-06
  • 期刊:
    Optical Review
  • 影响因子:
    1.2
  • 作者:
    Junliu Fan;Quanying Wu;Baohua Chen;Weimin Shen
  • 通讯作者:
    Weimin Shen
Optical imaging for Goaly3 Multi-mirror telescope system
Goaly3多镜望远镜系统的光学成像
  • DOI:
    10.1016/j.optlastec.2022.108464
  • 发表时间:
    2022-07-18
  • 期刊:
    OPTICS AND LASER TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Wu, Quanying;Fan, Junliu;Hou, Yuwei
  • 通讯作者:
    Hou, Yuwei
Optical Design of the Goaly3 Multi-Mirror Telescope System with a Wide Field of View
Goaly3大视场多镜望远镜系统的光学设计
  • DOI:
    10.3390/app11031200
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Applied sciences
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Junliu Fan;Quanying Wu;Chen Baohua;Lin Liu;Lei Chen
  • 通讯作者:
    Lei Chen
大离轴量非球面反射镜的加工方法
  • DOI:
    10.37188/ope.20212905.1095
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    光学精密工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈宝华;吴泉英;唐运海;范君柳;王军;孙毅
  • 通讯作者:
    孙毅
Piston Sensing for Golay-6 Sparse Aperture System with Double-Defocused Sharpness Metrics via ResNet-34.
通过 ResNet-34 实现具有双散焦锐度指标的 Golay-6 稀疏孔径系统的活塞传感
  • DOI:
    10.3390/s22239484
  • 发表时间:
    2022-12-04
  • 期刊:
    Sensors (Basel, Switzerland)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Wang S;Wu Q;Fan J;Chen B;Chen X;Chen L;Shen D;Yin L
  • 通讯作者:
    Yin L

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其他文献

Design of dividing reconfigurable phase mask by random size for optical security system
光安全系统可重构相位掩模随机尺寸划分设计
  • DOI:
    10.1016/j.optcom.2018.11.011
  • 发表时间:
    2019-03
  • 期刊:
    Optics Communications
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    孙文卿;王磊;王军;李华;吴泉英
  • 通讯作者:
    吴泉英
三子镜稀疏孔径双反系统子镜装调误差对成像质量的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    激光与光电子学进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡孟孟;陈宝华;姜慧;李勋武;吴泉英
  • 通讯作者:
    吴泉英
Advanced method of global phase shift estimation from two linear carrier interferograms
从两个线性载波干涉图估计全局相移的先进方法
  • DOI:
    10.1186/s41476-018-0076-x
  • 发表时间:
    2018-03
  • 期刊:
    Journal of the European Optical Society-Rapid Publications
  • 影响因子:
    1.5
  • 作者:
    孙文卿;王婷;赵云;王军;吴泉英
  • 通讯作者:
    吴泉英
相位差法的图像恢复实验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    激光杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    罗建文;吴泉英;范君柳;陈宝华
  • 通讯作者:
    陈宝华
基于反射光谱的城市景观水体表观质量的测量研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    激光与光电子学进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王军;黄勇;吴泉英
  • 通讯作者:
    吴泉英

其他文献

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吴泉英的其他基金

基于偏振的高分辨率稀疏孔径空间望远成像理论与方法
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    52 万元
  • 项目类别:
    面上项目
稀疏孔径空间望远镜子镜误差校正方法的研究
  • 批准号:
    61378056
  • 批准年份:
    2013
  • 资助金额:
    78.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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