自适应光学技术已经广泛应用于大口径地基望远镜系统中,用于克服大气湍流引起的波前畸变。波前校正效果直接受自适应系统的波前探测精度影响。本论文对液晶自适应光学系统中的弱信号哈特曼波前探测算法进行了深入研究。光斑质心探测精度是哈特曼波前探测器最重要的性能指标,它决定了哈特曼波前探测器的探测能力。在进行弱信号探测时光子噪声严重影响了质心探测精度。考虑到光子噪声在几何位置上重叠于信号,利用足够小的几何区域内光能量变化不大、而光子噪声则起伏较大的预想,提出了基于局部均值技术和加权技术的局部均值加权算法抑制光子噪声的影响。在子孔径光子数为100(5.5星等)、大气相干长度分别为10cm和5cm的观测情况下,采用局部均值加权算法抑制光子噪声后,使质心探测误差的RMS值分别由传统重心法的0.142?和0.181?减少到0.112?和0.145?,均减少了???。?对于大气湍流引起的波前畸变,Zernike模式系数并不是统计独立的,因此并不是最有效的重构模式。相比Zernike模式,利用系数统计独立的K-L模式进行波前重构能提高波前重构精度。在子孔径数20×20、大气相干长度10cm、质心探测误差0.1?的情况下,波前重构误差RMS值可以由??????减小到??????,减小了???。不同观测条件下最佳的重构模式数不同,模式数过多或者过少都会导致波前重构误差增大。因此提出采用差分星点像运动法从哈特曼探测的光斑质心阵列数据中同时统计出大气相干长度和质心探测误差,继而获得最佳重构模式数的方法。为了保证湍流的各态历经,同时考虑计算量,将该估计方法中子孔径中心间隔确定为1个子孔径,将采样时间长度和采样时间间隔分别确定为5000ms和50ms。即使在质心探测误差0.25?的情况下,根据该方法统计的大气相干长度和质心探测误差也能够使波前重构误差达到最小。液晶自适应光学系统采用哈特曼探测器进行倾斜像差探测,省却了专门的倾斜探测器,简化自适应光学系统的同时也提高了系统的能量利用率。将所有有效光斑质心偏移平均作为倾斜信号的小光斑法探测精度高,但动态范围小,而将所有光斑的重心偏移作为倾斜信号的大光斑法虽然动态范围可以扩大到整个CCD面板,但是探测误差又太大。为了能够对大振幅倾斜进行高精度校正,提出通过网格划分识别出子光斑和通过模板匹配将子光斑与其对应的微透镜进行关联的方法。该方法动态范围与大光斑法相同,而精度与小光斑法相同,即使在子孔径光子数100(5.5星等)、大气相干长度5cm的观测条件下,该方法依然能够保证倾斜回路闭环,闭环后倾斜探测误差PV值为0.07″。总之,本论文进行的弱信号哈特曼波前探测算法的研究不仅提升了自适应系统校正效果,而且使得自适应系统能够在更加极端的观测条件下工作。