Работа в замкнутом контуре

Подобно тому , как во время калибровки, в фокальной плоскости изображения , полученные на небе с несимметричной маской темно-вычитали, recentered и оконного по супергауссовой функции перед тем , как Фурье-преобразования. После экстракции фазы Фурье волнового фронта производится и непосредственно проецируется на основе режимов (без вычитания ссылки), чтобы найти коэффициенты , связанные со всеми восемью компонентами Зернике. Если текущий сигнал датчика волнового фронта является φ , мгновенные коэффициенты Цернике ( альфа ) являются решением Z · альфа = ф . Методом наименьших квадратов , решение этой системы является решение (7)Раствор для этого хорошо себя системы уравнений используется в качестве входных данных для алгоритма контура управления.Цикл в операции на SCExAO реализует простой пропорциональный регулятор, с коэффициентом усиления , общим для всех режимов Цернике со значением , содержащимся в пределах от 0,05 до 0,3, в зависимости от общей стабильности волнового фронта ,представленной выше по течению AO. При взгляде на внутренний источник калибровки, мы можем надежно использовать высокий коэффициент усиления. Так, на данный момент, она используется только в течение очень короткого промежутка времени (обычно ~ 15 сек), в то время целеуказания для выравнивания статического компонента волнового фронта, текущая реализация алгоритма оказывается удовлетворительным. После того , как не-общая ошибка пути учитывается, асимметричная маска берется из оптического пути и система готова для наблюдения с использованием полного зрачка телескопа.

Производительность

На небе-демонстрация

	Инжир. 8 Иллюстрация влияния APF-WFS. Слева : 0,5 мс PSF приобретен внутренней камерой науки SCExAO после того, как вверх по течению цикла AO был закрыт. Правый : тождественны экспозиция приобрела 30 с после цикла APF-WFS был закрыт. Несмотря на остаточные несовершенства вследствие динамических изменений, качество PSF явно улучшилось.
Открыть с помощью DEXTER

Этот метод был успешно развернут и доказала свою эффективность в снижении, не являющейся общей ошибки пути во время на небе наблюдений за объекты системы AO AO188 Subaru телескопа (Minowa и др. 2010 ). Рисунок 8 иллюстрирует влияние подхода, с двумя 500 ц ы экспозиции мишени (Altair) , приобретенной внутренней камерой науки SCExAO на UT 2015-10-30.

Первое изображение показывает PSF после того, как петля AO188 была закрыта на цель: хотя она имеет четко определенную ядро ​​дифракции, PSF четко демонстрирует некоторые статические аберрации, которые могут быть отнесены к необщего ошибки на трассе между AO188 и SCExAO-х фокусного самолет. Второе изображение показывает PSF около 30 секунд после того, как цикл APF-WFS был закрыт. Выигрыш в Штреля не является низкой (порядка 5%), но PSF улучшается на то, где это наиболее важно для высокой контрастности изображения и больше не располагает какой-либо очевидной низкого порядка аберраций подпись. Остаточный неоднородность первого дифракционного кольца может быть связано с комбинацией мгновенных невязок AO в сочетании с эффектом асимметричного рычага.

Внутренний детектор науки SCExAO является детектор быстро , но с низкой чувствительностью , которая может получать изображения со скоростью до 170 Гц скорости полнокадровой, характеристики которого определяются Йованович и др. (2015b) .APF-WFS , кажется, обладают достаточной чувствительностью для использования в быстром режиме замкнутого контура , который очень хорошо может отслеживать аберраций низкого порядка с частотами до одной десятой скорости передачи кадров камеры.

На данный момент целью цикла является калибровка квазистатического без распространенную ошибку пути. Программное обеспечение управления сохраняет скользящее среднее из 20 последних волнового фронта оценок, и корректирует среднее значение этих оценок на каждой итерации, таким образом , фильтрация вибрации , вызванной быстро изменяющийся компонент. В сочетании с данным приобретением (неоптимизированный) вычисление волнового фронта делает прогон петли на частоте ~ 8 Гц.

Перекрестные помехи

Зернике многочлены ( Зернике 1934 ) образуют удобный базис для описания волнового фронта в пределах кругового отверстия: предназначенные для формирования ортонормированный базис, первые члены ряда , случается, соответствуют классическим монохроматических оптических аберраций , как фокус, астигматизма или комы. Как было замечено ранее, наличие центральной обструкции в зрачке делает это основание больше не perferctly ортогональны. Замены были предложены (Махаян 1981 ) для размещения на присутствие этого довольно общей особенностью телескопов, но асимметричное плечо , необходимое для зондирования волнового фронта (см. 1 ) также потребует адаптации.

Инжир. 9 Режимы управления внутренних матриц продуктов , характеризующих свойства ортогональности реализации APF-WFS описано в этой статье на SCExAO. Слева направо : 1. в основном совершенно диагональный случай полиномов Цернике основе; 2. казалось бы , идентичные матрицы скалярное произведение для теоретических режимов после reconstrucion по линейной модели и фильтрации по СВД; и 3. внутренняя матрица продукт для экспериментально реконструированных режимов. Общая диагональ Привлекательность последнего характеризует датчик , как подходит для контроля режимов Зернике низкого порядка. Численные значения для экспериментальных внутренних продуктов представлены в таблице 2 .

Открыть с помощью DEXTER

Вместо того чтобы пытаться указать новый ортогональный базис идеально приспособленный к нашему случаю, мы пришли к выводу , что более целесообразно придерживаться традиционной Цернике основе и проверить апостериори , как ортогональным различные режимы на самом деле. На рисунке 9 делает это путем построения графика 8 × 8 матрицу внутренних произведений между восемью режимами управления ( Z^T Z ) для трех случаев: (. , Приведенных на рис полиномы вход Цернике 3 ), теоретическую реконструкцию линейной модели с 150 из из 291 собственных мод , хранящимся в межфазного матричной инверсии (на рис. 4 ), и экспериментально полученные режимы (на рис. 6 ). Ортогональный базис приведет к совершенно диагональной матрицы внутреннего продукта, в то время как неортогональность станет проявляться с сильными недиагональных компонентов.

Поэтому можно заметить, глядя на левой боковой панели на фиг. 9 , что режимы Цернике образуют удовлетворительные, почти ортогональный базис, с преимущественно равномерным диагональным и с ограниченным количеством перекрестных членов выделяясь ( за исключением случая 16% кросс-корреляция между фокусом (Z4) и сферической (Z11). ради согласованности с остальными данными , представленными в документе, рис. 9 также показывает в своей центральной панели, что режимы реконструирована линейной модель воспроизводит большинство из этих функций, хотя можно наблюдать ~ деградации относительной силы сигнала фокусировки 20%. То , что мы наблюдаем здесь влияние фильтрации низких сингулярных значений в построении псевдообратная а⁺ , используемый в уравнении. ( 4 ). с 150 из возможных 291 режимов сохраняется в построении псевдообратная, внутренняя матрица продукт для экспериментально выздоровел режимы также в основном по диагонали.

Таблица 2 содержит числовые значения для экспериментальных внутренних продуктов, графически представленных в правой боковой панели рис. 9 . Хотя некоторые из перекрестных членов не являются neglibible, термины по диагонали по- прежнему доминируют, указывая , что контур управления , который полагается на этом калибровочном наборе данных надежно сходится к состоянию , что отменит , не общий путь аберрацию.

Таблица 2

Численные значения для экспериментального режимов 'внутреннего продукта.