大气湍流轮廓线测量方法研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 方玉亮
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| 答辩日期 | 2018-07-01 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 刘忠 |
| 关键词 | 大气光学 湍流轮廓线 反演 模拟退火算法 像运动 |
| 学位专业 | 天文技术与方法 |
| 其他题名 | Research on Atmospheric Turbulence Profile Measurement Method |
| 英文摘要 | 地球大气的干扰是地基望远镜进行天文、空间观测无法回避的问题。大气湍流导致望远镜像质衰减。望远镜口径增大到一定程度时，望远镜的空间分辨率主要受限于大气湍流。为了消除或者减小大气湍流的影响，天文学家发展了许多消除或者减小大气湍流影响的高分辨观测技术。其中自适应光学技术可以有效减小大气湍流的干扰，传统自适应光学系统校正视场受限于等晕角，多层共轭自适应光学（multi-conjugate adaptive optics，简写MCAO）技术能够进行宽视场的波前校正。MCAO的设计和性能优化，需要知道大气湍流的分层特性。下一代大口径望远镜，为了充分发挥其大口径的性能，必然需要装备宽视场的MCAO。因此，对址点的大气湍流轮廓线进行测量有着重要的意义。目前湍流轮廓线测量方法有很多种，其中PML（profiler of moon limb）、S-DIMM+（solar differential Image motion monitor plus）等基于面源目标像运动的方差或者协方差统计反演的方法，具有分层分辨率高、测量精度高等优点。这些方法属于间接测量方法，通过测量得到的有限数据量的像运动的方差或者协方差来推演湍流轮廓线，需要将连续的积分关系式转化为离散求和的线性方程组，然后通过最优化方法求解线性方程组得到湍流轮廓线。由于线性方程组的病态性，噪声、测量误差等对湍流轮廓线的反演精度的影响较大。论文针对像运动方差或者协方差统计的湍流轮廓线方法进行了研究，以求提高湍流轮廓线测量精度和对噪声、测量误差等的抗干扰能力。首先，研究了湍流轮廓线测量中的反演方法。本文采用基于模拟退火算法的湍流轮廓线反演方法。为了提高反演精度，提出了基于模拟退火算法的有约束条件的湍流轮廓线反演方法，根据湍流轮廓线的自然特性加入了平滑限制条件，平滑约束条件明显改善了湍流轮廓线反演精度。其次，研究了宽视场的湍流轮廓线测量方法。在湍流轮廓线反演过程中发现，增加数据量、线性方程数目能够提高湍流轮廓线的反演精度和对噪声的抗干扰能力，而增加观测视场是增加数据量和线性方程数目比较有效的手段。然而分层抽样系数矩阵有较大的离散化误差，特别是在大视场时，限制了观测视场的增加。通过采用分层积分系数矩阵可以有效减小离散化误差，增加观测视场，从而提高湍流轮廓线测量方法的测量精度和对测量误差、噪声等的抗干扰能力。然后，分析了差分像运动协方差轮廓线测量方法的病态性。增加子孔径间距可以减小反演线性方程组的病态性和方程间的相关性，但是增加子孔径间距也增加了随机误差的影响，因此增加子孔径间距不能有效改善湍流轮廓线的测量精度。而增加子孔径数目是提高测量精度的一个有效方法，从而提出了多子孔径的差分像运动协方差湍流轮廓线测量方法。最后，对单孔径边缘像运动湍流轮廓线测量方法进行了研究，对其进行噪声分析发现噪声对该方法的影响较大。为了较小噪声的影响，提出了噪声分离方法，通过增加噪声分离项来分离噪声的影响，模拟实验结果表明噪声分离方法有较好的效果。 |
| 学科主题 | 天文学 ; 天体物理学 ; 实测天体物理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 96 |
| 源URL | [http://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/25421]  |
| 专题 | 云南天文台_抚仙湖太阳观测站 |
| 作者单位 | 中国科学院云南天文台 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 方玉亮. 大气湍流轮廓线测量方法研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2018. |
入库方式： OAI收割
来源：云南天文台
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