2021 Fiscal Year Research-status Report
合成開口望遠鏡による高分解能リモートセンシングのための空間光変調を用いた波面補償
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21K20439
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
広瀬 真 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 研究開発員 (30908760)
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| Project Period (FY) |
2021-08-30 – 2023-03-31
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| Keywords | リモートセンシング / 空間光変調 / 補償光学 / 形状可変鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、確率的並列勾配降下（SPGD）法を用いた、光学的合成開口望遠鏡における波面補償手法を確立することである。今年度は、合成開口望遠鏡の光学モデルを構築し、数値シミュレーションによってSPGD法における最適な波面補償パラメータを評価した。この結果、局所瞳座標毎に定義された収差関数の開口和として波面擾乱を与えるとともに、測定画像強度の標準偏差と平均から定義した評価関数を用いたとき、優れた波面補償性能が得られることを明らかにした。このアルゴリズムを採用することにより、中心遮蔽を有する18の六角形分割主鏡から成る合成開口望遠鏡の場合、少なくとも267の未知波面収差係数を同時に最適化できることを示した。また、数値シミュレーションを実施する中で、SPGD法による波面補償性能が、観測シーンに含まれる画像構造に依存することが判明した。そこでSPGD法の評価関数を介し、波面補償に適した観測シーンを選択する方法を確立した。さらに、画像関心領域を制限することにより、波面補償に要する演算量を1桁以上低減する解析手法も確立した。これら数値シミュレーションによる実現性評価の結果を踏まえ、広帯域光源、MEMSアクチュエータ方式の形状可変鏡（MEMS DM）、ならびに低ノイズsCMOS検出器を備えたインコヒーレント結像光学系を構築し、提案手法をMEMS DMの制御アルゴリズムとして実装した。そして、航空機観測によって得られた2種類の地上シーンを観測ターゲットとし、単一開口を想定した波面補償実験を行った。この結果、いずれの観測シーンに対しても、数100回程度のMEMS DM制御を行うことにより、回折限界結像性能が得られることを実証した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
今年度の目標は、SPGD法における最適な波面擾乱パターンと評価関数を決定することであり、これらの波面補償パラメータは数値シミュレーションによって最適化することができた。今年度はさらに、MEMS形状可変鏡を備えた単一開口の結像光学系を構築し、提案手法による高精度な波面補償を実証している。したがって、当初の計画以上に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在の波面補償光学系を改良し、複数開口を模擬できる合成開口結像系を構築するとともに、MEMS形状可変鏡の制御アルゴリズムも改良する。そして航空機観測によって得られた地上シーン画像を観測対象とした、複数開口結像光学系における波面補償実験を行う。さらに、観測対象を高輝度ディスプレイとする望遠光学系を構築し、動画観測中の波面補償実験を行う。
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