大气相干长度与等晕角的测量

介绍了大气相干长度与等晕角测量仪的测量原理和仪器的基本结构，报告了在昆明凤凰山云南天文台进行测量的结果，测得的ｒ＿０平均值为１２４ｃｍ，θ＿０的平均值为１０．６μｒａｄ，与温度脉动探空仪的资料比较，证明所得结果是可靠的。最后对仪器可能存在的影响测量误差的一些因素进行了分析。

湍流外尺度对大气相干长度和等晕角的影响

根据实测的湍流结构常数的高度分布资料，分析了大孔径和小孔径两种情况下湍流外尺度Ｌ＿０对大气相干长度ｒ＿０和等晕角θ＿０的影响。计算结果表明，在Ｌ＿０为有限值情况下，ｒ＿０和θ＿０明显地增大了，对于大孔径望远镜，在红外波段，如波长为２．２μｍ，ｒ＿０和θ＿０更大，θ＿０甚至可达０．５ｍｒａｄ。

湍流中单、双层共轭AO系统的等晕角增益

介绍了传统AO系统的局限性和MCAO的基本原理,根据相关文献对单、双共轭AO系统等晕角进行了推导,并对共轭高度的选取进行了深入的探讨。结合平程与垂程两种应用,对单、双层共轭系统等晕角进行了模拟比较,结果显示MCAO在等晕角增益方面具有显著的效果。对于传输距离不太远时,采用单层共轭校正系统;而对于远距离的遥感系统,则采用MCAO校正系统更为有效。

单双层共轭系统的共轭高度对等晕角的影响

简要介绍了传统自适应光学系统的局限性和多层共轭自适应光学基本原理。模拟了单双层共轭校正系统的共轭高度,并结合平程与垂程(HV模型)两种传输状态对系统等晕角增益作了进一步的分析。对单层共轭系统,在20 km的传输距离内,在平程中整个区域都属于等晕角放大区,共轭高度的最佳位置在传输距离的中间(约10 km处),等晕角取极大值,增益效果较好;但垂程中增益效果变差,且等晕角放大区也仅在3.6 km之内。对双层共轭系统来说,第1层共轭高度的变形镜主要对近距离畸变波前进行校正,并对整个传输距离的等晕角影响很大,是双层共轭系统的关键因素;第2层共轭高度对远距离等晕角影响较大。

等晕角测量结果对比分析

等晕角是描述光学湍流效应的重要参数之一,对自适应光学系统设计和补偿效果分析有着重要的意义。文中介绍了一种三环结构变迹镜,给出了自研高精度等晕角测量仪的测量原理、实验测量方法和主要技术指标。在新疆戈壁地区开展了等晕角测量实验,并将测量结果与单孔等晕角测量仪测量结果进行比对分析。结果表明:两套仪器所测等晕角变化趋势一致性较好,自研高精度等晕角测量仪中,三环变迹镜能够较好的调制光强以匹配等晕角测量随高度变化的权重需求,拟合系数误差小,可以实现等晕角的高精度测量。

激光雷达应用中单、双层共轭系统等晕角

为提高机载和地面激光雷达的探测能力,导出了单、双层共轭系统等晕角计算公式.针对激光雷达探讨了共轭高度的选取,并模拟、比较了单、双层共轭系统以及传统AO(自适应光学)系统等晕角.模拟结果表明:在上、下行光路中,双层共轭系统的等晕角增益分别为3 000和1 000μrad,而单层共轭系统等晕角增益在远距离情况下几乎为0.

高精度等晕角测量关键技术研究

等晕角是重要大气光学参数之一,对天文光学站址选择、大气湍流效应自适应光学校正效果评价等有着重要的意义。分析了国内外等晕角测量技术,介绍了等晕角测量的基本原理,设计了三环变迹镜并开展了数值验证,分析并提出了高精度等晕角测量仪的主要技术指标,研制了一套高精度等晕角测量仪,结果表明,该仪器能够满足全天时的等晕角测量。

基于新疆南山实测大气相干长度和等晕角的大气折射率结构常数反演计算

大气折射率结构常数C^(2)_(n)是反映湍流强度变化状况的重要大气参数。针对反演C^(2)_(n)时所需初始输入数据多、未运用单一类型数据反演的问题,提出一种以整层大气相干长度r_(0)和整层大气等晕角θ_(0)数据为输入反演C^(2)_(n)的新方法。基于广义的Hufnagel-Valley(HV)湍流模型,推导出r_(0)和θ_(0)之间的理论关系式,以新疆南山实测的r_(0)和θ_(0)数据为基础,反演计算得到广义HV模型的七个参数进而计算出C^(2)_(n)廓线,再将七个参数值代入推导出的r_(0)、θ_(0)理论关系式计算出单日θ_(0)值。仿真计算结果表明,拟合出的平均C^(2)_(n)廓线和单日C^(2)_(n)廓线,其变化趋势与香河模型相比,一致性较好,吻合度较高;单日计算θ_(0)值与实测θ_(0)值之间的日相关系数平均值达到了81.95%,最高达87%。该结果验证了所提方法的可行性,为研究C^(2)_(n)廓线的反演提供了参考。

利用恒星闪烁测量等晕角的研究

利用恒星闪烁测等晕角是目前应用最广泛的等晕角测量方法。基于理论分析，引入了更准确的计算公式，通过公式推导、数值计算，得出最佳探测孔径直径与菲涅耳尺度相当，分析了复色光的闪烁等效波长及湍流路径长度变化范围的问题，讨论了等晕角与闪烁的比例系数C的计算问题。菲涅耳数在范围0．5～1．1时，比例系数随菲涅耳数的变化可用三次多项式进行拟合，比例系数不能简单地取波长位于500nm时的固定值，需根据应用实际利用拟合的三次多项式来计算。

等晕角测量实验与分析

等晕角是反映大气湍流特性的重要参数之一，对自适应光学系统设计和补偿效果分析有着重要的作用。介绍了一种新型的三环结构变迹镜，并将其应用于高精度等晕角测量。给出了测量原理和实验测量方法，进行了夜间等晕角的测量。理论推导结果表明：利用三环结构变迹镜对光强调制，能够很好地拟合大气湍流随高度分布的加权特性，并提高等晕角的测量精度。测量结果表明：西安城区夜间的等晕角变化范围为5～10μrad，与同纬度地区的等晕角值比较一致。针对现有实验系统存在的问题提出了改进方案。

多层共轭自适应光学系统中等晕角的计算

介绍了多层共轭自适应光学(MCAO)系统的基本原理及其对提高自适应光学系统的等晕角的作用。介绍了用计算机模拟计算MCAO等晕角所用的数值方法,并给出了相应的算法。计算了在传统的自适应光学系统中的等晕角的大小以及采用多层共轭技术的自适应光学系统的等晕角的大小,并对二者进行了比较,说明了多层共轭自适应光学系统相对于传统的自适应光学系统在提高系统的等晕角方面的优越性。结果表明,在MCAO中,变形镜的个数越多其等晕角越大。

宽视场望远镜大气非等晕性的数值分析

为了减少非等晕性对望远成像系统性能的影响,扩大系统的有效视场,对宽视场望远成像系统的非等晕性进行了研究。首先采用多层相位屏法实现了非等晕成像的数值模拟,然后利用数值模拟系统计算了典型大气条件下(大气相干长度r0=0.1m)轴中心点与偏离轴θ角度目标点两者间的畸变波前均方差值,分析了系统口径D分别为1m、2m和4m对应畸变波前均方差值随偏离角度θ的变化情况。分析结果表明,畸变波前有倾斜项时,系统口径D越大,畸变波前均方差值随角度θ的增加上升得越慢,非等晕性的影响越小;去掉倾斜畸变时,系统口径D越大,畸变波前均方差值随角度θ的增加上升得越快,非等晕性的影响越严重。倾斜非等晕性随系统口径的增加而减少,对大口径的望远成像系统(D≥5m)主要考虑高阶波前畸变对成像的影响。

基于时变相位屏的非等晕成像数值模型及验证

基于多层薄相位屏光传输理论,建立了包含光传输过程、大气分层、相位屏实时连续变化、太阳扩展目标非等晕成像的数值模型,并从相位结构函数、大气相干长度及等晕角等方面进行了分析验证.在H-V 5/7和H-V 10/10两种强弱湍流模型下,大气相干长度及等晕角的绝对误差分别在0.02m和0.3″以内.结果表明,建立的非等晕成像数值模型在时间和空间上的统计特性符合实际应用需求,为研究非等晕误差在太阳稳像及自适应光学系统中的影响提供了可靠的模型支持.

Hufnagel-Valley湍流强度廓线的高精度实时反演方法

分析了Hufnagel-Valley大气湍流模型参数反演的必要性,根据实时测量的大气相干长度和等晕角,反演该模型中的两个可调参数,并提出了改进的反演计算公式。数值仿真结果表明,改进公式弥补了原有公式在近地面湍流较弱时,不能有效反演高空风速参数的不足;适合于反演不同的湍流条件,提高了湍流强度廓线的反演精度:以两种典型的风速模型为例,改进公式反演的参数,相对误差均在0.5%以内;同时改进公式也减弱了相干长度和等晕角测量误差对反演的影响。

大气湍流光学参数分析

利用两种不同大气湍流结构常数模型,讨论了不同高度的湍流对大气湍流光学参数的影响。通过理论计算得出:相干长度和对数振幅起伏方差主要由低层大气湍流决定,而等晕角、倾斜等晕角、格林伍德频率和泰勒频率由对流层顶附近的高层湍流决定。分析了垂直高度30km以下的3部分大气湍流对等晕角的贡献比例,在给定的不同强度湍流下,对流层顶附近的高层大气湍流贡献比例都大于25%,而低层大气湍流的贡献比例都小于3%。

西北高原地区光学湍流的观测与分析

天文选址的决策和激光传输系统的设计和应用需要掌握大气光学湍流的时空变化规律。利用HTP-2型温度脉动仪测量近地面湍流,用大气相干长度仪测量整层湍流积分效应。分析折射率结构常数C2n的实测数据,得到近地面光学湍流月平均和季平均的变化规律。分析了早晚两个"转换时刻"不同参数的变化规律。根据广义Hufnagel-Valley模式反演得到夜间、白天及"转换时刻"整层湍流廓线,比较了不同时刻湍流廓线的特点。在连续多年实测数据的基础上所得结论全面可靠,具有重要的工程参考价值。

一种双环变迹镜的优化设计与验证

优化设计了一种双环变迹镜。该变迹镜由同心的,交替排列的透光圆环和不透光圆环组成,经过双环变迹镜调制的光波入射至光学接收系统,后经光学成像系统将所接收的光波成像聚焦,数据采集与处理系统对电流信号进行采集和处理,得到沿测量路径的等晕角。这种变迹镜相对于国内现有的单孔径变迹镜,能够在所有高度很好的模拟孔径滤波函数W(z)≡cz^(5/3),所得等晕角相对误差明显较小,可以实现对等晕角的高精度测量。

海洋湍流中自适应光学成像系统特征参量研究

随着水下光通信、传感和激光雷达等应用的发展,研究水下光学系统成像特性具有重要意义.本文研究了海洋湍流对自适应光学成像系统特征参量(如Strehl比、Greenwood时间常数和等晕角)的影响.推导出了海洋湍流中短曝光成像Strehl比的近似解析表达式,并证明:除了在近场D_G/r_0=1附近外(D_G和r_0分别为光学系统的光瞳直径和海洋湍流中可见参数),该近似公式均可保证足够的精度.此外,还得到了海洋湍流中Greenwood时间常数和等晕角的表达式.研究表明:随着海水盐度变化引起的海洋湍流逐渐占主导地位时,这三个特征参量值均减小;随着海水湍流动能耗散率的减小或海水湍流温度方差耗散率的增大,这三个特征参量值也均减小.本文研究结果对工作于水下湍流环境中自适应光学成像系统应用具有理论参考意义.

大气光学

P427.1 98021388大气湍流的分层结构及自适应光学共轭校正=Layeredatmospheric structure and MCAO phase correction[刊,中]/阎吉祥,俞信,赵达尊(北京理工大学.北京(100081))∥光学技术.-1997,(5).-33-35近期观察表明,在很多情况下。

光学相关论题 自适应光学

O439 2004053995 多层共轭自适应光学系统中等晕角的计算=Computation of isoplanatic angle in MCAO system[刊,中]/王吉福(北京理工大学信息科学技术学院光电工程系。北京(100081))。阎吉祥…∥光学技术。—2004,30(2)。—193-