大氣湍流是影響地基望遠鏡成像質(zhì)量和分辨率的根源,進行大氣湍流的定性測量,選出大氣穩(wěn)定的臺址(天文選址)來充分發(fā)揮望遠鏡的功效對于任何規(guī)模的地基望遠鏡建設(shè)和運行都是極為重要的基礎(chǔ)性工作。以往的天文選址中主要測量的是整層大氣湍流的積分結(jié)果,而隨著自適應(yīng)光學的發(fā)展,高分辨率的分層大氣湍流信息也越發(fā)重要。這是因為分層大氣湍流信息為自適應(yīng)光學系統(tǒng)的設(shè)計尤其是大視場自適應(yīng)光學系統(tǒng)的設(shè)計提供不可或缺的參數(shù)。分層大氣湍流測量技術(shù)研究是近幾年天文選址工作的研究熱點。目前大氣分層大氣湍流的測量主要是基于夜間對雙星的觀測來實現(xiàn)的,可用于白日分層大氣湍流測量的設(shè)備很少,且現(xiàn)有的分層大氣湍流測量設(shè)備基本都是基于大口徑望遠鏡來實現(xiàn)的,體積比較大不適用于天文選址的工作。本論文根據(jù)大氣湍流理論,分析研究了現(xiàn)有分層大氣湍流測量設(shè)備的技術(shù)特性和局限性,研制了一套適用于白日及夜間的分層大氣湍流測量的設(shè)備。通過對測量設(shè)備的誤差分析及改進,有效地提高了設(shè)備的性能及測量精度,并對整個設(shè)備進行了自動化改進,使其很好的應(yīng)用于稻城縣無名山(海拔4800米)天文候選址點的監(jiān)測上。本文首先簡要敘述了大氣湍流的特性及其對望遠鏡成像的影響以及自適應(yīng)光學技術(shù)的概況,然后對近年來國內(nèi)外在大氣湍流測量領(lǐng)域取得的重要技術(shù)進展進行綜述,并分析了分層大氣湍流測量技術(shù)在中國的發(fā)展前景。其次,從現(xiàn)有的分層大氣湍流測量設(shè)備分析與設(shè)計方法著手研究,分析其各自的優(yōu)點及局限性;然后對基于夜間雙星觀測方法進行分析法與修正,提出了基于面源(太陽、月亮)的邊緣波前到達角抖動來實現(xiàn)白日及夜間的分層大氣湍流測量的方法,并對該方法進行了理論分析和仿真分析。仿真分析結(jié)果表明了該方法的可行性,同時根據(jù)論文提出的方法成功的在一個20cm口徑的望遠鏡上實現(xiàn)了首次的分層大氣湍流測量的測試。再次,為了得到高分辨率的分層大氣湍流的測量,設(shè)計了一套50cm口徑望遠鏡觀測系統(tǒng),對其后端光路進行設(shè)計改造使其能對面源進行高分辨率的差分成像,測量差分像邊緣點波前到達角的自相關(guān)抖動及協(xié)方差,依據(jù)大氣湍動模型的光學特性進行分層大氣湍流的高分辨率測量。并將該設(shè)備應(yīng)用于稻城無名山址點的實際監(jiān)測中,首次得到了無名山址點實際的分層大氣湍流信息。最后,對該設(shè)備進行自動化改進、誤差源分析及處理、與其它類型的分層大氣湍流設(shè)備的交叉對比。自動化改進主要包括望遠鏡的自動控制、圓頂?shù)碾S動控制、遠程控制等;誤差源分析及處理主要有望遠鏡光學系統(tǒng)的誤差、CCD讀出噪聲帶來的誤差、曝光時間帶來的誤差及處理、差分面源像的邊緣點定位誤差及處理等;在交叉對比中,主要與LUCIES、SHABAR等分層大氣湍流測量設(shè)備進行了交叉對比。經(jīng)過這些改進研究進一步的提高了設(shè)備的可靠性及測量精度。研究及測試結(jié)果表明此設(shè)備能夠高分辨率(50m每層)地測量近地面到20km高空的大氣湍流廓線,能很好的應(yīng)用于天文選址工作中的分層大氣湍流測量。本論文針對目前天文選址工作中分層大氣湍流測量的迫切需求,開展了基于面光源邊緣的分層大氣湍流測量方法與技術(shù)的研究。成功研制了高分辨率的分層大氣湍流測量儀器,并開展了一系列的實際應(yīng)用的測量研究,極大地促進了無名山天文候選址點的選址工作。對我國的天文選址工作具有非常好的研究意義及參考價值。
【學位單位】：重慶大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TH765.8

【參考文獻】

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本文編號：2820928