风载对一米太阳望远镜焦面像的稳定性影响和稳定方案研究

一米太阳望远镜是我国目前口径最大的太阳物理设备，在即将到来的太阳活动峰年中将充分发辉其重要作用。该望远镜位于云南抚仙湖东北岸，高分辨成像系统已经投入观测，并取得了好于0.2角秒的日面像。由于该望远镜特殊的光机结构和开放式观测模式，较大的风作用到望远镜上时，焦面图像抖动大,严重影响望远镜的正常观测。虽然望远镜在低于8米/秒（四级风）的风速下能基本正常工作，但望远镜的使用效率并不高，因为该望远镜所在地的季风和湖陆风均为西南风，三分之一左右的时间风速高于望远镜的正常工作风速。为了能充分利用好该望远镜，必需提高它的抗风性能，以减小焦面像的抖动。因此，有必要对该望远镜的风载特性进行研究，重点是深入探讨如何提高焦面像的稳定性。此问题的解决对该望远镜有着相当现实的意义。

一米红外太阳望远镜（New Vacuum Solar Telescope ，简称NVST）于2011年投入常规运行。由于该望远镜自身的光机结构和敞开式的观测模式，随机风载引起的焦面图像抖动幅度较大，这对该望远镜的正常工作造成一定影响，尤其是光谱观测。为了提高该望远镜控制系统的抗风能力，减小焦面图像抖动，使NVST能正常工作在更高的风速下，并能提高该望远镜利用率，本项目针对随机分载引起的NVST焦面图像抖动问题开展了深入的研究工作。首先对NVST的跟踪误差进行了实测分析，根据误差幅度和频率分析了随机风载引起的焦面图像的抖动特性，并提出了采用基于摆镜的图像稳定控制方案。然后，采用芯明天公司的XS-340摆台及控制器和NVST现在的光路系统和硬件平台，开发了NVST的图像稳定闭环控制系统，对XS-340摆镜系统进行了详细的测试分析，包括摆幅、响应曲线、阶跃特性、频率特性等详细分析，并根据NVST图像抖动测试曲线，模拟了不同控制参数下的误差，确定了系统的控制算法和参数。最后，在NVST上开展了图像稳定控制系统的实测工作，一系列的测试结果表明，随机分载引起的NVST焦面图像抖动能通过摆镜进行控制和稳定，并且图像稳定系统工作在20HZ左右就能达到很好的控制效果，误差RMS值减小到0.5″以下的水平。该项目的研究结果表明，摆镜系统能很好的提高NVST的抗风性能，稳定其焦面图像抖动，而且并不需要像改正大气一样需要上百赫兹的控制带宽。