大氣湍流是影響地基望遠(yuǎn)鏡成像質(zhì)量和分辨率的根源,進(jìn)行大氣湍流的定性測(cè)量,選出大氣穩(wěn)定的臺(tái)址(天文選址)來(lái)充分發(fā)揮望遠(yuǎn)鏡的功效對(duì)于任何規(guī)模的地基望遠(yuǎn)鏡建設(shè)和運(yùn)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(cè)量的是整層大氣湍流的積分結(jié)果,而隨著自適應(yīng)光學(xué)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?yàn)榉謱哟髿馔牧餍畔樽赃m應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)尤其是大視場(chǎng)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供不可或缺的參數(shù)。分層大氣湍流測(cè)量技術(shù)研究是近幾年天文選址工作的研究熱點(diǎn)。目前大氣分層大氣湍流的測(cè)量主要是基于夜間對(duì)雙星的觀測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,可用于白日分層大氣湍流測(cè)量的設(shè)備很少,且現(xiàn)有的分層大氣湍流測(cè)量設(shè)備基本都是基于大口徑望遠(yuǎn)鏡來(lái)實(shí)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(cè)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(cè)量的設(shè)備。通過(guò)對(duì)測(cè)量設(shè)備的誤差分析及改進(jìn),有效地提高了設(shè)備的性能及測(cè)量精度,并對(duì)整個(gè)設(shè)備進(jìn)行了自動(dòng)化改進(jìn),使其很好的應(yīng)用于稻城縣無(wú)名山(海拔4800米)天文候選址點(diǎn)的監(jiān)測(cè)上。本文首先簡(jiǎn)要敘述了大氣湍流的特性及其對(duì)望遠(yuǎn)鏡成像的影響以及自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的概況,然后對(duì)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外在大氣湍流測(cè)量領(lǐng)域取得的重要技術(shù)進(jìn)展進(jìn)行綜述,并分析了分層大氣湍流測(cè)量技術(shù)在中國(guó)的發(fā)展前景。其次,從現(xiàn)有的分層大氣湍流測(cè)量設(shè)備分析與設(shè)計(jì)方法著手研究,分析其各自的優(yōu)點(diǎn)及局限性;然后對(duì)基于夜間雙星觀測(cè)方法進(jìn)行分析法與修正,提出了基于面源(太陽(yáng)、月亮)的邊緣波前到達(dá)角抖動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)白日及夜間的分層大氣湍流測(cè)量的方法,并對(duì)該方法進(jìn)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(shí)根據(jù)論文提出的方法成功的在一個(gè)20cm口徑的望遠(yuǎn)鏡上實(shí)現(xiàn)了首次的分層大氣湍流測(cè)量的測(cè)試。再次,為了得到高分辨率的分層大氣湍流的測(cè)量,設(shè)計(jì)了一套50cm口徑望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)系統(tǒng),對(duì)其后端光路進(jìn)行設(shè)計(jì)改造使其能對(duì)面源進(jìn)行高分辨率的差分成像,測(cè)量差分像邊緣點(diǎn)波前到達(dá)角的自相關(guān)抖動(dòng)及協(xié)方差,依據(jù)大氣湍動(dòng)模型的光學(xué)特性進(jìn)行分層大氣湍流的高分辨率測(cè)量。并將該設(shè)備應(yīng)用于稻城無(wú)名山址點(diǎn)的實(shí)際監(jiān)測(cè)中,首次得到了無(wú)名山址點(diǎn)實(shí)際的分層大氣湍流信息。最后,對(duì)該設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化改進(jìn)、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(duì)比。自動(dòng)化改進(jìn)主要包括望遠(yuǎn)鏡的自動(dòng)控制、圓頂?shù)碾S動(dòng)控制、遠(yuǎn)程控制等;誤差源分析及處理主要有望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)的誤差、CCD讀出噪聲帶來(lái)的誤差、曝光時(shí)間帶來(lái)的誤差及處理、差分面源像的邊緣點(diǎn)定位誤差及處理等;在交叉對(duì)比中,主要與LUCIES、SHABAR等分層大氣湍流測(cè)量設(shè)備進(jìn)行了交叉對(duì)比。經(jīng)過(guò)這些改進(jìn)研究進(jìn)一步的提高了設(shè)備的可靠性及測(cè)量精度。研究及測(cè)試結(jié)果表明此設(shè)備能夠高分辨率(50m每層)地測(cè)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(cè)量。本論文針對(duì)目前天文選址工作中分層大氣湍流測(cè)量的迫切需求,開展了基于面光源邊緣的分層大氣湍流測(cè)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(cè)量?jī)x器,并開展了一系列的實(shí)際應(yīng)用的測(cè)量研究,極大地促進(jìn)了無(wú)名山天文候選址點(diǎn)的選址工作。對(duì)我國(guó)的天文選址工作具有非常好的研究意義及參考價(jià)值。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH765.8

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2820928