[实用新型]南极高原天文选址大气光学参数测量仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及大气光学领域，具体涉及一种南极高原天文选址大气光学参数测量仪。 

背景技术

望远镜建造前必需首先确定是天文台址，南极内陆是目前地面上受大气影响最小的地方，南极高原已有South Pole、Dome A、Dome C、Dome F等台址，其自由大气层视宁度极好，是国际天文界公认的非常理想的地基天文台址。其中，美国和日本分别在South Pole和Dome F 建立了科学考察站。法国和意大利在Dome C 联合建站。中国在Dome A 建立南极昆仑站，并将在此建立天文台。 

南极昆仑站位于东南极高原中心，是南极高原最高点，距最近的海岸线距离大约1200千米，海拔高度大于4000米，地势十分平坦，极昼最高气温零下三十多摄氏度，极夜近地面温度低达零下八十多度，是地球上最冷的地方之一。 

天文选址的主要内容包括对视宁度、等晕角和湍流强度廓线等各种大气光学参数的长期监测。在使用自适应光学系统的场合，需要了解当地、当时的大气视宁度等参数，也是天文台选址与日常的天文观测不可或缺的重要参数。定量描述大气视宁度的参数就是大气相干长度，它表征了某一特定光程中一定横向间距上的大气相干性，并且在表征全程大气湍流强度和自适应光学相位校正技术中得到广泛应用。 

等晕角是决定自适应光学系统校正视场的一个主要参数，其表征通过大气湍流到达观测点的光波波前的角度相关性。如果到达系统的不同方向的两束光之间的夹角超过等晕角，它们之间的相关性将迅速降低。 

光波在湍流大气中传输时，光波参数（强度、相位以及传播方向等）因湍流扰动而起伏，这种起伏是由折射率随机变化导致的，因此对大气折射率结构常数的测量为研究光束的飘移和扩展、图像的传输等提供依据。同时通过湍流强度随路径的分布，可以计算得到其他一些表征湍流状况的参数，如相干长度、等晕角等。 

目前现有的大气视宁度监测仪，比如差分图像运动监测仪，通过统计单星象经瞳孔平面上两个小孔径所成像的相对运动实时监测大气视宁度。这种仪器结构简单，广泛应用于的台站视宁度测量，我国在云南天文台和国家天文台兴隆观测站，西部天文选址等处都有过这种视宁度监测仪运行。 

其具体结构和工作原理是：通常在小口径(350mm左右)望远镜的入瞳上放置一块有两个子孔(50-100mm)的入瞳分割镜，并在子孔上放置小楔角楔镜，使到达这个子孔的波前产生倾斜，从而同一目标星经过两子孔后产生不重叠的双像，最后用CCD图像传感器记录下一系列双像，并统计出双像相对位置的方差，即可计算出视宁度。 

等晕角的测量需要通过对大气湍流强度的测量来进行换算，最方便的方法是用星光闪烁法，即根据恒星的光强的起伏方差，测量等晕角。 

基于大气视宁度和等晕角的测量方法，现有同时或者通过更换光瞳模板完成这两个参数测量的仪器。而多孔径闪耀传感器通过测量不同尺寸孔径上的星像闪耀，利用闪耀和湍流关系获得自由大气视宁度和等晕角。 

目前，湍流强度廓线的测量手段主要有探空气球、风廓线波雷达反演以及声雷达测量等方法，但他们都有各自的不足，如数据均为非光波波段直接测量、测量精度不高、测量距离有限、需要其他参数配套测量，限制了测量的目标范围和精度。而采用光波波段测量的多孔径闪耀传感器直接测量被测量，具有实时的优越性，可以同时测量自由大气层视宁度、等晕角和近似湍流强度廓线等多个大气光学参数，已被成功配置到Cerro Tololo，Mauna Kea，Cerro Paranal，30米望远镜选址点等进行台址测量。 

由于南极昆仑站工作条件恶劣且无人值守。目前，现有的多孔径闪耀传感器无法满足南极工作条件。因此，南极高原天文选址大气光学参数测量仪必须长期可靠地全自动运行，既能够承受从-30度到-80度的温度波动，又能够承受周期低温热冲击。现有技术中没有能够满足以上要求的设备。 

发明内容    

本实用新型的目的是提供一种适合南极高原严酷条件下使用的南极高原天文选址大气光学参数测量仪。南极高原天文选址大气光学参数测量仪能够同时测量大气视宁度、自由大气层视宁度、等晕角和近似湍流强度廓线，装调方便，可靠性好。

本实用新型专利的技术方案如下：一种南极高原天文选址大气光学参数测量仪,由小型望远镜、CCD图像传感器与计算机组成，其特征在于：