系外行星直接成像中非共路像差的波前测量误差处理

自适应光学地基系外行星直接成像的主要困难之一，是科学相机（SC）中掩盖行星图像的准静态散斑。这些散斑由自适应光学环路中未校正的像差（称为非共路像差，NCPA）引起，且所有在事后处理中去除它们的尝试都存在问题。Frazin（2013）（F13）的方法利用波前传感器（WFS）与SC的同步毫秒级遥测数据，以自洽方式同时估计NCPA与系外行星图像。Rodack等人（2018）提出利用F13估计方法在观测时实时校正NCPA，并将此过程称为“实时Frazin算法”。F13方法原有的回归模型未考虑WFS测量中的不确定性，而由于这些不确定性体现在自变量中（即不能视为SC数据中的另一种噪声源），标准统计方法无法处理。此外，仿真表明，直接使用含噪波前测量而不考虑其不确定性，会导致NCPA估计产生不可接受的大偏差。本文借助“变量含误差”统计模型解释了该偏差的来源，随后将F13方法推广以考虑WFS测量误差，采用一种新的序贯估计技术，处理NCPA、WFS测量及其误差协方差之间的非线性耦合。该技术持续更新NCPA、系外行星图像及其联合协方差矩阵的估计。该方法的序贯实现应在计算上足够高效，既适用于NCPA的在观测校正，也适用于离线分析。