Эффективность применения моностатической схемы формирования лазерной опорной звезды

Возмищев И.Ю., Клеймёнов В.В., Новикова Е.В.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Клеймёнов В.В., Возмищев И.Ю., Новикова Е.В. Эффективность применения моностатической схемы формирования лазерной опорной звезды // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 11. С. 24–31. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-11-24-31

Kleymionov V.V., Vozmishchev I.Yu., Novikova E.V. Effectiveness of the application of a monostatic formation scheme of a laser guide star [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2022. V. 89. № 11. P. 24–31. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-11-24-31

Ссылка на англоязычную версию:

V. V. Kleymionov, I. Yu. Vozmishchev, and E. V. Novikova, "Effectiveness of the application of a monostatic formation scheme of a laser guide star," Journal of Optical Technology. 89(11), 656-660 (2022). https://doi.org/10.1364/JOT.89.000656

Аннотация:

Предмет исследования. Алгоритм коррекции флуктуаций положения изображений малозаметных космических объектов естественного и искусственного происхождения в фокальной плоскости наземных крупноапертурных оптико-электронных систем наблюдения. В основе алгоритма — минимизация дисперсии флуктуации рассчитываемого положения космического объекта относительно измеренного мгновенного положения лазерной опорной звезды. Цель работы заключается в определении дисперсии нескомпенсированных (остаточных) угловых флуктуаций смещения изображений космического объекта в плоскости изображения телескопа. Метод. Выражения для дисперсий флуктуаций изображений лазерной звезды и космического объекта записаны через радиусы пространственной когерентности атмосферы (радиусы Фрида) для сферической и плоской волн. Оценивание дисперсии нескомпенсированных (остаточных) флуктуаций положения изображений космического объекта в фокальной плоскости телескопа проводится на основе полученных выражений для коэффициента взаимной угловой корреляции случайных величин положения изображений лазерной звезды и космического объекта в предположении, что они являются гауссовыми с нулевыми математическими ожиданиями. Приведено выражение для определения нормированного значения измеряемой амплитуды флуктуаций положения изображений лазерной звезды в плоскости изображения телескопа относительно амплитуды флуктуаций положения космического объекта. Основные результаты. На основе полученных выражений проведены численные расчеты нормированных значений дисперсий нескомпенсированных (остаточных) флуктуаций положения изображений космического объекта в фокальной плоскости телескопа, коэффициентов взаимной угловой корреляции случайных величин положения лазерной звезды и космического объекта, нормированного значения измеряемой амплитуды флуктуаций положения изображений лазерной звезды относительно амплитуды флуктуаций положения изображений космического объекта. Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы при синтезе крупноапертурных оптико-электронных систем наблюдения малоразмерных космических объектов естественного и искусственного происхождения. Они позволяют оценить эффективность как моностатической, так и других схем формирования лазерной опорной звезды для коррекции флуктуаций изображения малозаметного космического объекта на основе измерения радиуса пространственной когерентности атмосферы в процессе эксперимента.

Ключевые слова:

адаптивная оптика, атмосферная турбулентность, лазерная опорная звезда, моностатическая схема, флуктуации изображения, коэффициент взаимной угловой корреляции

Коды OCIS: 010.1080, 110.1085, 010.3310, 010.1330, 010.1300

Список источников:

1. Лукин В.П. Формирование оптических пучков и изображений на основе применения систем адаптивной оптики // УФН. 2014. Т. 184. № 6. С. 599–640. https://doi.org/10.3367/UFNr.0184.201406b.0599
2. Больбасова Л.А., Лукин В.П. Адаптивная коррекция атмосферных искажений оптических изображений на основе искусственного опорного источника. М.: Физматлит, 2012. 125 с.
3. Hardy J.W. Adaptiveoptics for astronomical telescopes. Oxford: Universitypress, 1998. 437 p.
4. Tyson R.K. Principles of adaptive optics / 3d ed. N.Y.: CRC Press, 2010. 350 p.
5. Foy R. Laser guide star: Principle, cone effect and tilt measurement / Foy R., Foy F. (eds) Optics in Astrophysics. V. 198. Springer, 2006. P. 249–273.
6. Quirrenbach A. The effects of atmospheric turbulence on astronomical observations // Adaptive Optics for Vision Science and Astronomy ASP. Conf. Ser. 2005. P. 129–144.
7. Rigaut F. On practical aspects of laser guide star // C.R. Physique. 2005. V. 6. P. 1089–1098.
8. Valley G.C. Isoplanatic degradation of tilt correction and short-term imaging systems // Appl. Opt. 1980. V. 19. P. 574–577. https://doi.org/10.1364/AO.19.000574
9. Клеймёнов В.В., Новикова Е.В. Экстремально большие наземные оптические телескопы // Известия вузов. Приборостроение. 2021. № 1. С. 5–19. DOI: 10.17586/0021-3454-2021-64-1-5-20
10. Лукин В.П., Фортес Б.В. Сопоставление предельной эффективности различных схем формирования лазерных опорных звезд // Оптика атмосферы и океана. 1997. Т. 10. № 1. С. 56–65.
11. Лукин В.П., Фортес Б.В. Адаптивное формирование пучков и изображений в атмосфере. Новосибирск: изд. СО РАН, 1999. 314 с.
12. Лукин В.П. Остаточные искажения, обусловленные размером опорного источника // Оптика атмосферы и океана. 2014. Т. 27. № 11. С. 949–956.
13. Лукин В.П. Атмосферная адаптивная оптика. Новосибирск: Наука, 1986. 250 с.
14. Fried D.L. Statisticsofa geometric representation of wavefront distortion // JOSA. 1965. V. 55. № 11. P. 1427–1435. https://doi.org/10.1364/JOSA.55.001427
15. Fried D.L. Anisoplanatism in adaptive optics // JOSA. 1982. V. 72. № 1. P. 52–61. https://doi.org/10.1364/JOSA.72.000052
16. Современные проблемы атмосферной оптики / под ред акад. Зуева В.Е. Т. 5. Л.: Гидрометеоиздат, 1999. 371 с.