Математическое моделирование процессов регистрации астрономических спектров на телескопах малых и умеренных размеров

• Автор: Емельянов, Эдуард Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Ставрополь
• Количество страниц: 190 с. : ил.

Оглавление

Список используемых терминов и сокращений

Введение

1. Общая характеристика работы

1.1. Актуальность научной задачи

1.2. Цели и задачи исследования.

1.3. Методы исследований

1.4. Достоверность

1.5. Научная новизна

1.6. Научная и практическая значимость работы.

1.7. Основные положения, выносимые на защиту

1.8. Апробация результатов
1.9. Личный вклад автора .
2. Содержание работы.
1 Тенденции развития аппаратурного оснащения телескопов
малых и умеренных размеров
1.1. Проблема размера оборудования.
1.1.1. Тенденции развития малого оборудования.
1.2. Многоканальные светоприемники.
1.3. Аппаратура малых телескопов.
1.3.1. Фотоэлектрические системы
1.3.2. Спектрографы.
1.3.3. Интерференционные спектрометры.
1.4. Автоматические телескопы
1.5. Выводы
2 Модель спектроскопического эксперимента
2.1. Составные элементы модели спектроскопического эксперимента
на телескопах малых и умеренных размеров
2.2. Особенности аппаратной функции осветителя.
2.3. Аппаратная функция оптики и механики телескопа
2.3.1. Оптические аберрации телескопа.
2.3.2. Влияние системы управления и автогидирования
2.4. Аппаратная функция эшеллеспектрографа
2.4.1. Аппаратная функция призмы
2.4.2. Аппаратная функция дифракционной решетки.
2.4.3. Результирующая аппаратная функция спектрографа .
2.5. Влияние светоириемников на информативность спектрального прибора
2.5.1. Информативность спектрального прибора телескопов ма
лых и умеренных размеров
2.5.2. Чувствительность спектральных приборов.
2.5.3. Математическая модель светоприемника.
2.6. Выводы
3 Системы цифровой обработки данных
3.1. Обработка изображений
3.1.1. Стандартная процедура получения векторов данных .
3.1.2. Кросскорреляционные методы
3.2. Обработка спектральных векторов.
3.2.1. Определение эквивалентной ширины линии
3.2.2. Определение сдвигов линий на спектрограммах
3.2.3. Другие операции со спектрами.
3.3. Математический аппарат спектральных систем с кодированием
сигнала.
3.3.1. Матричная спектроскопия
3.3.2. Эшеллеспектроскоиия с модуляцией сигнала.
3.4. Аппаратная функция системы обработки данных
3.5. Выводы.
4 Экспериментальная проверка математических моделей
4.1. Разработка спектрографов для телескопов малых и умеренных
размеров.
4.1.1. Обоснование.
4.1.2. Основные требования.
4.1.3. Бюджет света
4.1.4. Проблема спектрального разрешения.
4.1.5. Экспериментальная проверка модели температурной нестабильности спектрографа.
4.2. Моделирование спектрографа см телескопа Ставропольского
Государственного Университета
4.2.1. Результаты испытаний телескопа
4.2.2. Испытание многоэлементных светоприемников.
4.2.3. Возможные варианты использования телескопа
4.2.4. Расчет схемы оптоволоконного спектрографа
4.2.5. Возможные области применения прибора
4.3. Проблема увеличения спектрального разрешения универсально
го эшеллеспектрографа фокуса Кассегрена 1м телескопа . . .
4.4. Автоматическое сопровождение объекта.
4.4.1. Исследование автоматической системы сопровождения БТА
4.4.2. Предлагаемые схемы стабилизации изображения
4.5. Выводы.
Заключение
Литература


Сделан вывод, что перечисленные элементы входят в общую математическую модель астрофизического эксперимента, позволяющую расчитывать параметры и эффективность проектируемых астрофизических приборов, а также исследовать их поведение при различных внешних условиях. В третьей главе описана процедура обработки спектроскопических изображений, полученных в ходе астрофизического эксперимента: фильтрация, извлечение спектральных векторов, градуировка спектра. Описаны кросс-корреляционные методы измерения допплеровских сдвигов, позволяющих получать научно значимые результаты при различных уровнях сигнал/шум. Одной из особенностей является возможность обработки спектров, полученных без узла скрещенной дисперсии, что позволяет измерять лучевые скорости слабых объектов. Рассмотрены методы, применяемые для извлечения информации из спектральных порядков: предварительная обработка порядков; определение эквивалентных ширин линий; определение спектральных сдвигов классическими и корреляционными методами; фильтрация шумов, определение уровня непрерывного спектра. Описаны перспективные методы спектроскопии с предварительным кодированием сигнала, позволяющие повысить эффективность научного исследования: матричная спектроскопия в классическом варианте и перспективы ее применения в системах с двумерными светоприемниками; спектроскопия с использованием интерферометра Фабри-Перо (ИФП) или абсорбционной газовой ячейки, позволяющая повысить 'точность определения допплеровских смещений. Рассмотрены ошибки, возникающие в системах регистрации и обработки: потери информации как за счет дискретизации сигнала, так и вследствие субъективных критериев настройки алгоритмов обработки изображений. В четвертой главе рассмотрена проблема выбора элементов спектрографа для малого телескопа, отвечающего условиям компактности, стабильности и возможности модернизации. Вместе с тем малые приборы имеют преимущество над большими в своей мобильности и возможности создания монопрограммных (т. Приведено описание оптико-механической конструкции -см телескопа обсерватории СГУ и результаты экспериментов с использованием телескопа и ПЗС-камеры в качестве основного светонриемиика. Рассмотрены варианты использования телескопа в учебной и научной деятельности. Решен вопрос о приоритете спектроскопических исследований, учитывая условия эксплуатации телескопа. Приведена схема и основные характеристики оптоволоконного спектрографа, разработанного для -см телескопа, и исследована его действующая модель. Исследованы возможности применения ИФП на подвесном спектрографе для телескопов класса 0. Исследованы схемы стабилизации изображения на входе спектрографа. Оценены погрешности, возникающие при сопровождении объекта. Предложены перспективные решения — системы внутренней стабилизации, повышающие эффективность астрофизического прибора и обладающие более простой технологической реализацией, чем существующие. В заключении обобщаются результаты данной работы и оцениваются перспективы использования телескопов малых и умеренных диаметров в астрофизических исследованиях и учебном процессе. В приложении приведены: исходные тексты программного обеспечения автоматической системы управления телескопом, исходные тексты программ для расчета параметров спектрографов. Первоочередные задачи в развитии практической астрофизики — увеличение количества собираемого света и проблема повышения качества наблюдений. Так называемое «большое оборудование» обновляется от поколения к поколению, в то же время понятия «большое» и «малое» относительны: телескопы, считавшиеся большими в начале XX века, в наше время перешли в категорию умеренных. Большое оборудование должно подходить для всех типов астрономических объектов и всех видов исследований, хотя на практике оно применяется лишь для самых достойных из множества программ, применительно к нему. Мобильность и наблюдательное время являются внутренними ограничениями больших приборов. Следовательно, постоянное совершенствование больших приборов не может осуществляться в изоляции: необходимо обращать внимание и на развитие других видов оборудования, в частности — «малого оборудования».