[发明专利]一种增加分层数目的大气视宁度分层测量方法

说明书

本发明公开了一种增加分层数目的大气视宁度分层测量方法，该方法以大视场夏克‑哈特曼波前传感器得到的多个目标的子孔径斜率为输入，以前一次大气视宁度分层测量获取的局部大气视宁度将作为约束，通过对不同高度范围的大气视宁度进行迭代计算，最终输出大气视宁度随高度分布的测量结果。该方法将克服波前传感器子孔径阵列对大气视宁度分层数目的限制，改善稀疏的视宁度分层节点导致的强湍流层强度被高估的缺陷，同时本方法不引入新的硬件，实用性和创新性强。

技术领域

本发明属于大气光学技术领域，具体涉及一种增加分层数目的大气视宁度分层测量方法。

背景技术

大气光学湍流随大气垂直高度的分布用大气折射率结构常数表征，也是多层共轭自适应光学(Multi-Conjugate Adaptive Optics,MCAO)的核心知识，同时也是评价望远镜站址好坏的关键参数，测量结果可以用于优化系统参数，包括伺服闭环带宽、波前重构算法以及MCAO系统反射镜的共轭高度等。大气视宁度r₀是评价大气湍流特性的一个重要参数，其与大气折射率结构常数之间的函数关系为：

因此可以通过将大气层离散为有限数量的均匀薄层，并测量每层大气层的视宁度参数r₀(h)，从而得到大气折射率结构常数

目前较为主流的用于大气视宁度分层测量方法，如：(1)闪烁探测测距仪(Scintillation Detection and Ranging，SCIDAR，基于星光波前闪耀，Shepherd H W,Osborn J,Wilson R W,et al.Stereo-SCIDAR:optical turbulence profiling withhigh sensitivity using a modified SCIDAR instrument[J].Monthly Notices of theRoyal Astronomical Society,2013,437(4):3568-3577.)、(2)斜率探测测距仪(SLOpeDetection And Ranging，SLODAR，基于波前斜率，Butterley T,Wilson R W,SarazinM.Determination of the profile of atmospheric optical turbulence strengthfrom SLODAR data[J].Monthly Notices of the Royal Astronomical Society,2006,369(2):835-845.)，(3)太阳差分图像运动监测仪加(S-DIMM+，Scharmer G B,VanWerkhoven T I M.S-DIMM+height characterization of day-time seeing using solargranulation[J].AstronomyAstrophysics,2010,513:A25.)。但是上述采用夏克-哈特曼波前传感器对大气视宁度进行分层测量时，分层数量会受到波前传感器子孔径阵列大小的限制。对于子孔径数量较少的波前传感器，将导致稀疏的高度节点(即每层大气层的高度位置)，这将导致两个明显的缺陷，一是分层测量的结果不能准确的呈现强湍流层的位置；二是如果波前传感器不能探测的高度节点存在强湍流层，其湍流强度将被叠加到波前传感器可以探测的高度节点的大气层，这将导致这些位置的大气湍流被高估，即得到一个数值偏小的视宁度。

根据以上背景可知，为了克服波前传感器子孔径数量对大气分层数量的限制，得到一个具有更多分层节点和更均匀分布的大气视宁度分层测量结果，本发明方法提出一种增加分层数目的大气视宁度分层测量方法，通过对不同高度范围的大气视宁度进行迭代计算，并以前一次大气视宁度分层测量获取的局部大气视宁度将作为约束，最终输出大气视宁度随高度分布的测量结果。

发明内容

本发明目的在于解决上述现有技术的不足，提出一种增加分层数目的大气视宁度分层测量方法，解决波前传感器子孔径数量对大气分层数量的限制,得到一个具有更多分层节点和更均匀分布的大气视宁度分层测量结果。