[发明专利]天文选址大气光学参数测量仪的数值模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及大气光学领域，具体涉及天文选址大气光学参数测量仪的数值模拟方法。采用该方法可以搭建虚拟实验平台，一方面可以仿真天文选址大气光学参数测量仪的实际工作过程，另一方面可以数值模拟多种天文选址大气光学湍流测量仪间的性能对比，为其实际对比试验提供参考。

背景技术

天文选址是国际天文界发展的重要领域之一，其理论研究和实测技术在近十几年中得到快速发展。天文选址目的：利用小型望远镜获得天文观测成果，实际检验台址条件，避免直接投入大型天文设备的风险，同时提升国际显示度和社会影响力。

天文光学湍流是天文选址中需要评估、测量的重要参数之一。目前主要有两种方法直接测量天文光学湍流。一种利用光波波前相位起伏，包括波前法向光程差（piston）、波前倾斜(tip-tilt)和波前离焦(defocus)等起伏。另一种利用光波波前闪耀。两种方法的观测目标包括恒星、月亮和太阳。

目前天文选址光学参数测量仪主要有：差分图像运动测量仪（Differential Image Motion Monitor, DIMM，基于星光波前倾斜起伏）和广义视宁度测量仪（Generalized Seeing Monitor, GSM，基于星光波前倾斜起伏）、干涉视宁度测量仪（Interferential Seeing Monitor, ISM，基于星光波前法向光程差起伏）、快速离焦测量仪（Fast Defocus，FADE，基于星光波前离焦起伏）、多孔径闪耀传感器（Multi-Aperture Scintillation Sensor, MASS, 基于星光波前闪耀）和单星闪耀仪（Scintillation Detection and Ranging, SCIDAR，基于星光波前闪耀）、外尺度廓线仪（Monitor of Outer Scale profile，MOSP，基于月亮边缘的光波波前倾斜起伏）和月亮边缘廓线仪（Profiler of Moon Limb,PML，基于月亮边缘的光波波前倾斜起伏）等。

数值模拟技术是考察天文选址大气光学湍流测量仪性能的重要方法。国际天文选址工作组都用数值模拟技术仿真天文选址大气光学湍流测量仪。例如，托洛洛山美洲际天文台（Cerro Tololo Inter-American Observatory，CTIO）天文选址工作组利用数值模拟技术研究DIMM、MASS和FADE的性能。南极冰穹C（Dome C）天文选址工作组利用数值模拟技术研究MOSP和PML的性能。但国际和国内天文选址工作组都没有提供统一数值模拟平台，用于上述的天文选址大气光学湍流测量仪性能的模拟。本发明提供虚拟实验平台，可实现数值模拟多种天文选址大气光学湍流测量仪间的性能对比，为实际对比试验提供参考。

具体地说，现有技术存在下述问题：

（1）现有技术没有提供统一数值模拟平台用于多种天文选址大气光学湍流测量仪的性能模拟；

（2）现有技术无法实现数值模拟更多天文选址大气光学湍流测量仪间的性能对比；

（3）现有技术模拟速度一直是瓶颈。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的是提供一种天文选址大气光学参数测量仪的数值模拟方法。该方法能够解决：（1）提供统一数值模拟平台用于多种天文选址大气光学湍流测量仪的性能模拟；（2）实现数值模拟更多天文选址大气光学湍流测量仪间的性能对比；（3）提高模拟速度，解决模拟速度的瓶颈问题。

本发明中所提及的一种天文选址大气光学参数测量仪的数值模拟方法，该方法设有以下模块：配置参数模块、大气光学模块（光波在大气光学湍流中传播模块）、光学仪器模块（光学仪器物理模块）、探测器模块、数据处理模块和运行方案模块；其特征在于如下步骤：

⑴.在配置参数模块中，配置模拟输入条件；

⑵. 光学仪器跟踪各自目标, 其目标包括：恒星、太阳或月亮；每个目标具有对应的唯一标识号; 光学仪器除了自身属性外，附有目标和探测器属性，并具有对应的唯一标识号；

⑶. 配置大气光学湍流：配置大气光学湍流层高度分布，湍流权重高度分布，风速和风向高度分布，及相位屏；

⑷. 在运行方案模块中，编写命令流控制文件；

⑸. 启动运行，并顺序执行如下三个模块：

(a). 执行大气光学模块：依据光学仪器属性和大气光学湍流属性，采用相位屏技术和菲涅尔衍射方法，模拟目标光波在大气光学湍流中传播，并到达相应的光学仪器入瞳处；