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哈特曼波前传感器具有实时探测,易操作,可以直观显示波前畸变分布等优点,被广泛地用作自适应光学系统的波前信息探测和波前畸变补偿,大气湍流统计特性表征,光学元件检测,光束质量评价,超强激光脉冲波前整形,激光大气通信以及人眼象差测量等各个领域之中,其探测精度的高低对整个光学系统的工作性能有着极其重要的影响。论文从激光导星系统实验和哈特曼传感器波前探测理论模拟两个方面进行了研究。在实验方面,进行了激光导星光学系统的参数设计,并得到了瑞利激光导星回波探测的初步实验结果;在理论方面,数值模拟研究是论文的重点:采用蒙特卡罗数值模拟技术,初步建立了一个哈特曼波前传感器的数值模型,采用湍流相位结构函数本征值加随机插值的方法产生出Kolmogorov位相屏,模拟激光束经过位相屏传输和哈特曼传感器成像这一统计过程,并通过光斑的质心探测和斜率结构函数理论,来反演和表征所模拟的湍流统计特性。同时,还数值计算和比较了不同参数下各种质心探测算法的探测精度。论文工作可以概括为:1)在简要地介绍了大气湍流基本理论的基础上,对激光导星系统进行了详细的设计和讨论。采用高斯光束标准ABCD传输矩阵理论设计了发射系统参数,讨论了不同参数的微透镜阵列和准直透镜、CCD的光路匹配问题,并用He-Ne激光束检测了七孔径和多孔径透镜阵列的工作性能。在此基础上,得到了瑞利导星的低空回波探测实验结果,分别采集了四孔径,七孔径,和多孔径分波前探测的哈特曼图象,并给出了相应的分析;2)详细讨论了影响Hartmann波前传感器光斑质心探测精度的各种因素和探测误差的主要来源;采用Monte-Carlo数值模拟方法,对传统一阶矩算法,加探测窗口限制、加阈值和加权重指数因子的一阶矩算法等四种不同的质心探测方法的探测精度进行了比较,数值模拟结果显示,对于后三种算法都存在一最佳参数,使得质心估算方差达到最小;同时还发现各种质心算法的估计精度与探测面象元阵列大小,光斑相对探测面的面积,光斑在探测面上的相对位置和图象信噪比等实验参数有关,数值模拟结果与理论预言符合;