Создание адаптивной системы, обеспечивающей работу крупногабаритного солнечного телескопа в условиях сильной атмосферной турбулентности

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 15-19-20013

НазваниеСоздание адаптивной системы, обеспечивающей работу крупногабаритного солнечного телескопа в условиях сильной атмосферной турбулентности

Руководитель Кудряшов Алексей Валерьевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук , Томская обл

Конкурс №8 - Конкурс 2015 года на получение грантов по приоритетному направлению деятельности Российского научного фонда «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований в небольших группах под руководством ведущих российских и зарубежных ученых»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-708 - Лазерно-информационные технологии

Ключевые слова фаза, адаптивная коррекция, астрономия, атмосфера, турбулентность, флуктуации, алгоритм

Код ГРНТИ29.31.29

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект связан с решением актуальной задачи развития такой высокотехнологической отрасли как оптико-электронное приборостроение, основанное на использовании адаптивной оптики (АО) для астрономических, лазерных и других приложений. В настоящее время новейшие научные и технологические результаты, достигнутые в отрасли, полностью определяются прогрессом в освоении ряда приоритетных направлений развития науки и техники и критических технологий. Одним из таких направлений является АО. Использование систем АО является признанным подходом для преодоления случайных искажений, принципиально ограничивающих возможности применения оптико-электронных систем (ОЭС). Применение систем АО позволяет в принципе обеспечить дифракционно-ограниченные характеристики для ОЭС при работе в турбулентной атмосфере. Следует отметить стратегическую значимость развития систем АО для ОЭС для оборонной промышленности. Адаптивные системы должны обеспечить работу ОЭС в атмосфере при различных режимах искажений, вплоть до сильных. Конкретное приложение результатов выполнения проекта станет создание системы АО для солнечного телескопа, особенность которой станет возможность ее работы в условиях проявления сильной турбулентности. Это связано с тем, что солнечные телескопы работают в условиях действия дневной, следовательно, более сильной, по сравнению с ночной, турбулентности. В первую очередь, в проекте будет развиваться пакет компьютерных программ для моделирования работы систем АО, позволяющих в динамике оценить реальное действие атмосферной турбулентности на оптические волны. Пакет будет включать в себя решение задачи распространения оптических волн в турбулентной атмосфере; измерения искажений волнового фронта; решение задач по расчету управляющих воздействий на активный оптический элемент. По совокупности включенных в него составляющих и его функциональных возможностей, данный пакет программ будет иметь мировой научный приоритет, поскольку новые разработки будут базироваться на фундаменте сегодняшних достижений коллектива. Пакет программ будет применен для проведения расчетов исходных параметров всех элементов, входящих в систему АО, расчета сигналов коррекции искажений в системе и для оценки эффективности ее использования. При проведении этих расчетов будут использованы данные о состоянии атмосферной турбулентности, полученные как результат измерений в месте расположения ОЭС. Данные численных расчетов и использовании научно-технического задела (см. файлы 1, 2 с дополнительной информацией) позволят создать действующий макет системы АО для работы в составе Большого солнечного вакуумного телескопа (БСВТ) Института солнечно-земной физики СО РАН (г. Иркутск). Одним из критически важных элементов макета будет применение самых современных (предельно быстродействующих) деформируемых зеркал и применение прогнозирующих алгоритмов управления этими активными элементами. Для разработки прогнозирующих алгоритмов работы системы АО будут также использоваться данные измерений состояния турбулентности атмосферы вблизи самого телескопа. Успех этой части проекта будет основываться как на применении нескольких активных зеркал одновременно, так и конкретных разработок гибких деформируемых зеркал, выполненных руководителем проекта д.ф.-м.н. Кудряшова А.В. В целом, все составляющие проекта будут способствовать решению серьезной научно-технической задачи – созданию адаптивной системы коррекции изображения на солнечном крупногабаритном телескопе. Установка системы АО на крупно-апертурном солнечном телескопе БСВТ станет одним из решений актуальной физической проблемы проведения мониторинга солнечно-земных связей на основе высокоточных (с угловым разрешением на уровне 0.1 угл. с) наблюдений Солнца. Результаты будут докладываться на международных симпозиумах по оптике и астрономии, статьи планируются в печать в журналах с высоким импакт-фактором, будет также опубликована монография, обобщающая результаты наблюдений в атмосфере, предполагается защита кандидатской диссертации, выполненной на основе полученных результатов.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Носов В.В., Лукин В.П., Носов Е.В., Торгаев А.В. Структура движений воздуха на оптических трассах в специализированных помещениях астрономических телескопов Материалы конференции «Оптико-электронные приборы и системы». ПАО «Красногорский завод им. С.Ф. Зверева». Москва., с.44-46 (год публикации - 2015)

2. Голенева Н.В., лавринов В.В., Лавринова Л.Н., Харапудченко О. The numerical research of the dependence of the correlation property of the measurement of the Shack–Hartmann wave-front sensor on the lenslet array size and the turbulent distortions intensity Известия BУЗов. Физика, Т.58. №10/3. C.224-228 (год публикации - 2015)

3. Лукин В.П. Residual Distortions Caused by the Size of a Reference Source Proceedings of SPIE, V. 9641 (Optics in Atmospheric Propagation and Adaptive Systems XVIII). p.96410G (год публикации - 2015)
10.1117/12.2197003

4. Антошкин Л.В., Лавринов В.В., Лавринова Л.Н. Развитие алгоритмов управления гибким зеркалом Оптика атмосферы и океана, Т. 28. № 10. С. 929-933 (год публикации - 2015)
10.15372/АОО20151010

5. Киселев В.Ю., Берченко Е.А., Филатов А.С., Коняев П.А., Лавринова Л.Н., Лукин В.П. Имитатор фазовых искажений волнового фронта Материалы конференции «Оптико-электронные приборы и системы». ПАО «Красногорский завод им. С.Ф. Зверева». Москва., с.54-56 (год публикации - 2015)

6. Лавринов В.В., Лавринова Л.Н., Голенева Н.В. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ ПОЛУЧЕННЫХ ДАТЧИКОМ ШЭКА–ГАРТМАНА ОТ ПАРАМЕТРОВ ЛИНЗОВОГО РАСТРА И ИНТЕНСИВНОСТИ ТУРБУЛЕНТНЫХ ИСКАЖЕНИЙ Известия BУЗов. Физика, Т. 58. №10/3 (год публикации - 2015)

7. Антошкин Л.В., Голенева Н.В., Лавринов В.В., Лавринова Л.Н. Метод вычисления поперечных составляющих скорости ветра на входной апертуре адаптивной системы по измерениям датчика волнового фронта Шэка-Гартмана Автометрия, Т.51. Вып. 6. С.63-69 (год публикации - 2015)

8. Голенева Н.В., Лавринов В.В., Лавринова Л.Н. Numerical research of measurements of Shack-Hartmann wavefront sensor according to the parameters of its optical parts and the intensity of turbulent distortions Proceedings of SPIE, V.9680. p. 9680 2F (год публикации - 2015)
10.1117/12.2205591

9. Носов В.В., Носов Е.В., Лукин В.П., Торгаев А.В. Особенности структуры турбулентности в обсерваториях юга Сибири Тезисы докладов межд. конференции «Настоящее и будущее малых и средних телескопов». САО РАН. Нижний Архыз., С.54-57 (год публикации - 2015)

10. Antoshkin L.V., Goleneva N.V., Lavrinov V.V., Lavrinova L.N. Adaptive correction of turbulent distortions by MEMS flexible mirror Proceeding of SPIE, V.9680. p. 9680 1W (год публикации - 2015)
10.1117/12.2205768

11. Коняев П.А. A Computer-Based Simulator of the Atmospheric Turbulence Proceedings of SPIE, V.9680. p. 9680 25 (год публикации - 2015)
10.1117/12.2205900

12. Голенева Н.В., Лавринов В.В., Лавринова Л.Н. Analysis of correlation properties of Shack-Hartmann sensor measurements depending on the characteristics of the intensity distribution Proceedings of SPIE, V.9680. p. 9680 IJ (год публикации - 2015)
10.1117/12.2205543

Публикации

1. Копылов ЕА, Лукин ВП, Koвадло ПГ, Шиховцев АЮ The study of variability of the atmospheric turbulence in the region lake Baykal Proceedings of SPIE, Vol. 9909. p. 9909-3S (год публикации - 2016)
10.1117/12.2231940

2. Ботыгина Н.Н., Емалеев О.Н., Лукин В.П., Копылов Е.А. Seasonal variability of the quality of astronomical seeing on the Large Solar Vacuum Telescope Proceedings of SPIE, V.10035. p. 10035–95 (год публикации - 2016)
10.1117/12.2248879

3. Лавринов ВВ, Лавринова ЛН Spatial and temporal characteristics of an adaptive optics system Proceedings of SPIE, V.10035. p. 10035–67 (год публикации - 2016)
10.1117/12.2248744

4. Коняев П.А., Лукин В.П. Computation algorithms for simulation in atmospheric optics Applied Optics, Vol. 55(12). p.B107-B112 (год публикации - 2016)
10.1364/AO.55.00B107

5. Антошкин Л.В., Голенева Н.В., ларинов В.В. Ларинова Л.Н. Method of Calculating the Cross-Wind Speed at the Entrance Aperture of an Adaptive System Based on Shack–Hartmann Wavefront Sensor Measurements Optoelectronics, Instrumentation and Data, Vol. 51. No. 6. pp. 587–592 (год публикации - 2016)

6. Лавринов В.В., Лавронова Л.Н., Антошкин Л.В. Improving the reliability of the method calculating the speed of cross-wind transport of turbulent distortion of optical radiation Proceedings of SPIE, Vol. 10035, 100351C (год публикации - 2016)
10.1117/12.2248747

7. Лукин В.П., Носов В.В., Ковадло П.Г., Носов Е.В., Торгаев А.В. Causes of non-Kolmogorov turbulence in the atmosphere Applied Optics, Vol. 55(12). p.B163-B168 (год публикации - 2016)
10.1364/AO.55.00B163

8. Антошкин Л.В., Лавринов В.В., Лавринова Л.Н. Development of Flexible Mirror Control Algorithms Atmospheric and Oceanic Optics, Vol. 29(1). p.84–88 (год публикации - 2016)
10.1134/S1024856016010024

9. Лукин В.П., Сазонова П.В. Dynamic properties of adaptive optical systems Russian Physics Journal, Vol. 59. No. 7 (год публикации - 2016)
10.1007/s11182-016-0871-z

10. Носов В.В., Лукин В.П., Ковадло П.Г., Носов Е.В., Торгаев А.В. Оптические свойства турбулентности в горном пограничном слое атмосферы Новосибисрк. Издательство СО РАН, 153 стр. (год публикации - 2016)

11. Антошкин Л.В., Лавринов В.В., Лавринова Л.Н. Численный анализ эволюции фазовых флуктуаций светового поля на входной апертуре адаптивной оптической системы Оптика атмосферы и океана, Т.29. №11. С. 926–933 (год публикации - 2016)
10.15372/AOO20161105

12. Лукин В.П, Ковадло П.Г. Шиховцев А.Ю. Site selection for modern ground based large telescopes Proceedings of SPIE, V.10035. p. 10035–117 (год публикации - 2016)

13. Антошкин Л.В., Ботыгина Н.Н., Больбасова Л.А., Емалеев О.Н., Коняев П.А., Копылов Е.А., Ковадло П.Г., Кудряшов А.В., Лавринов В.В., Лавринова Л.Н., Лукин В.П., Чупраков С.А., Селин А.А., Шиховцев А.Ю. Adaptive system for solar telescope for working in the conditions of strong atmospheric turbulence Proceedings of SPIE, Vol. 9909 990932-1 (год публикации - 2016)
10.1117/12.2231936

14. Больбасова Л.А., Лукин В.П. Аналитические модели высотной зависимости структурной характеристики показателя преломления турбулентной атмосферы для задач адаптивной оптики Оптика атмосферы и океана, Т29. №11.С.918-925 (год публикации - 2016)
10.15372/AOO20161104

15. Антошкин Л.В., Ботыгина Н.Н., Больбасова Л.А., Емалеев О.Н., Коняев П.А., Копылов Е.А., Ковадло П.Г., Кудряшов А.В., Лавринов В.В., Лавринова Л.Н., Лукин В.П., Чупраков С.А., Селин А.А., Шиховцев А.Ю. Адаптивная оптическая система для солнечного телескопа, обеспечивающая его работоспособность в условиях сильной атмосферной турбулентности Оптика атмосферы и океана, Т.29. №11. С. 895–904 (год публикации - 2016)
10.15372/AOO20161101

16. Лукин В.П., Сазонова П.В. Динамические свойства адаптивных оптических систем Известия BУЗов. Физика, Т. 59. №7. С.121-129 (год публикации - 2016)

Публикации

1. Лавринова Л.Н., Лавринов В.В. Statistical analysis of turbulent distortions of optical radiation in closed loop of the adaptive optics system Proceedings of SPIE, Vol.10466. p.10466 0V (год публикации - 2017)
10.1117/12.2284628

2. Коняев П.А.. Копылов Е.А.. Ковадло П.Г., Лукин В.П., Селин А.А., Шиховцев А.Ю. Works on a set of data measuring turbulence in different seasons of the year Proceeding of SPIE, Vol.10466. p.10466 0N. (год публикации - 2017)
10.1117/12.2283000

3. Лавринова Л.Н. Лавринов В.В. Лукин В.П. Dynamic adaptive control algori thm based on the realization of Kalman filter Proceeding of SPIE, V.10425. p.10425OJ (год публикации - 2017)
10.1117/12.2283000

4. Антошкин Л.В., Борзилов А.Г., Ботыгина Н.Н., Емалеев О.Н., Коняев П.А., Копылов Е.А., Кудряшов А.В., Лавринова Л.Н., Лавринов В.В., Лукин В.П., Селин А.А. Исследовательские стенды для испытаний систем адаптивной оптики Информационный бюллетень Лазерной Ассоциации «Лазер-Информ», №10(601). С.7-11. (год публикации - 2017)

5. Ковадло П.Г., Лукин В.П., Носов В.В., Еселевич М.В., Колобов Д.Ю., Копылов Е.А., Шиховцев А.Ю. Исследование качества изображений в приложении к адаптивной оптике в горных районах Сибири Известия Главной астрофизической обсерватории в Пулкове, № 224. C.75-83 (год публикации - 2016)

6. Ботыгина Н.Н., Емалеев О.Н., Коняев П.А., Копылов Е.А., Лукин В.П. Развитие элементной базы для создания системы адаптивной оптики на солнечном телескопе Оптика атмосферы и океана., Т.30. №11. С.990-997 (год публикации - 2017)

7. Лукин В.П., Носов В.В. Measurements of an image jitter of an extended incoherent radiation source Quantum Electronics, Т.47. №6. С.580-588 (год публикации - 2017)
10.1070/QEL16338.

8. Носов В.В.. Лукин В.П., Носов Е.В., Торгаев А.В. Coherent structures in the air International Journal of Modern Research, Vol. 7. Iss. 8. p.38-53 (год публикации - 2017)

9. Шиховцев А.Ю., Ковадло П.Г., Лукин В.П., Киселев А.В. Dynamics of the refractive properties of the atmosphere at the Big solar vacuum telescope site: new calculating method Proceedings of SPIE, Vol.10466. p.10466 0T (год публикации - 2017)
10.1117/12.2284307

10. Антошкин Л.В., Ботыгина Н.Н., Емалеев О.Н., Коняев П.А., Копылов Е.А., Лукин В.П. Этапы развития адаптивной оптической системы для Большого солнечного вакуумного телескопа Известия Главной астрофизической обсерватории в Пулкове, № 224. C.5-10. (год публикации - 2016)

11. Лукин В.П., Носов В.В. Измерение дрожания изображения протяженного некогерентного источника излучения Квантовая электроника, Т.47. №6. С.580-588. (год публикации - 2017)

12. Лавринова Л.Н., лавринов В.В. Dynamic properties of the adaptive optics system depending on the temporary transformations of mirror control voltages Proceedings of SPIE, Vol.10466. p.10466 0W (год публикации - 2017)
10.1117/12.2284629

13. Ковадло П.Г., Колобов Д.Ю., Лукин В.П., Носов В.В., Еселевиич М.В., Клпылов Е.А., Шиховцев А.Ю., Авдеев Ф.А. On the spectral composition of atmospheric turbulent optical distortions from observations on solar telescopes Proceedings of SPIE, Vol.10466. p.10466 0U (год публикации - 2017)
10.1117/12.2284308

14. Антошкин Л.В., Борзилов А.Г., Ливринова Л.Н. Лавринов В.В. Program–hardware complex for optical beams formation with modeled tilt angels Proceeding of SPIE, Vol.10466. p.10466 0X (год публикации - 2017)
10.1117/12.22849

15. Шиховцев А.Ю., Ковадло П.Г., Лукин В.П., Киселев А.В. О динамике эффективной скорости атмосферных турбулентных течений в горных регионах юга Восточной Сибири Труды Байкальской Школы по Фундаментальной физике., С.300-301. (год публикации - 2017)

16. Ботыгина Н.Н., Емалеев О.Н., Коняев П.А., Лукин В.П. Statistical analysis of wave-front fluctuations from measurements of a wave-front sensor Proceeding of SPIE, Vol.10466. p.10466 0P. (год публикации - 2017)
10.1117/12.2283002

17. Больбасова Л.А., Шиховцев А.Ю., Лукин В.П. Оценка астроклиматических параметров с использованием данных реанализа NCEP/NCAR Cборник Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса (Электронный сборник тезисов докладов Четырнадцатой Всероссийской открытой конференции), С. 145. (год публикации - 2016)

18. Шиховцев А.Ю., Ковадло П.Г., Лукин В.П. Об определении характеристик атмосферной турбулентности на разных высотах по данным реанализа Тезисы Международного симпозиума «Атмосферная радиация и динамика» (МСАРД–2017), с. 209-210. (год публикации - 2017)

19. Антошкин Л.В., Ботыгина Н.Н., Больбасова Л.А., Емалеев О.Н., Коняев П.А., Копылов Е.А., Ковадло П.Г., Колобов Д.Ю., Кудряшов А.В., лавринов В.В., Лавринова Л.Н., Лукин В.П., Чепраков С.А. Селин А.А.. Шиховце А.Ю. Adaptive optics system for solar telescope operating under strong atmospheric turbulence Atmospheric and Oceanic Optics, V.30. № 3. P. 291-299 (год публикации - 2017)
10.1134/S1024856017030034