[发明专利]一种用于系外行星探测的DFDI仪器模型建立方法

说明书

本发明涉及一种用于系外行星探测的DFDI仪器模型建立方法。所提供的技术方案是：首先基于DFDI工作原理，确定恒星干涉光谱S_cod(k)与恒星光谱p(k)、光谱仪调制函数lsf(k)之间的关系式；再根据DFDI仪器待观测目标恒星吸收谱线的特性，模拟恒星光谱p(k)；根据DFDI仪器后色散光谱仪中所用的光栅，模拟光谱仪调制函数lsf(k)；并根据确定的关系书，推导出恒星干涉光谱S_cod(k)及S_{cod_int}(k)；以波数k和光程差d为变量，将恒星二维干涉光谱S_{cod_int}(k)用二维图形展示。本发明的优点是：提供了接近实际情况的仿真环境，所建立的仪器模型具有有效完整性，可进行仪器参数的定量分析。

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种系外行星探测仪器的仪器模型建立方法，具体涉及一种用于系外行星探测的DFDI仪器模型建立方法。

背景技术

视向速度法是最重要的系外行星探测方法之一，通过测量恒星视向速度的变化来间接探测其周围系外行星的存在，是目前在地面即可进行类地行星探测的最有效方法。目前，视向速度法的实现技术主要有两种：传统的高精度阶梯光栅光谱仪和新型的色散固定光程差干涉仪(Dispersed Fixed-Delay Interferometer，以下简称为DFDI)。其中，DFDI是由固定延迟干涉仪和中低分辨率后色散器件组成，通过测量恒星吸收谱线经干涉仪后形成的干涉条纹的相位变化，来间接测量恒星视向速度的变化。该技术通过有效结合干涉仪和光谱仪的优点，使用中低分辨率色散器件来实现与高精度阶梯光栅等同的视向速度测量精度，有效提高仪器透过率、大幅减小仪器体积的同时，降低了仪器对环境影响的敏感度，且具有优良的性价比。

根据视向速度法原理，为了准确探测系外行星，需要实现高精度的恒星视向速度测量。而视向速度的测量精度主要取决于视向速度测量仪器本身的误差精度和后续的相关数据处理误差精度，其中仪器本身的误差精度起主导作用。而仪器误差又主要取决于各项关键仪器参数，对于DFDI技术来说，关键仪器参数有仪器工作波段范围、干涉仪部分的固定光程差、光谱仪部分的光栅分辨率等。这些仪器关键参数又与仪器的输入紧密相关，即对于不同的仪器输入，往往需要采用不同仪器参数才能得到较好的仪器输出。对于DFDI技术来说，仪器的输入是恒星光谱，不同类型的恒星具有不同的光谱特性，这就导致观测不同类型恒星所使用的DFDI仪器参数往往也不同。可见，对于DFDI技术来说，关键仪器参数的设定是DFDI仪器设计的核心。因此，为了保证DFDI仪器的性能，在仪器设计阶段需要先分析各项关键仪器参数对仪器性能的影响，并根据分析结果选取最优的仪器参数值，再开展仪器的设计研制。

然而，目前DFDI仪器参数分析大多是靠经验公式或者通过分析频域空间多普勒信息分布而进行的定性分析，难以保证分析所获得的仪器参数值的最优性，不能提供可供参考的量化信息。

发明内容

为了解决上述问题，要提供一种用于系外行星探测的DFDI仪器模型建立方法，以克服现有技术存在的难以保证分析所获得的仪器参数值最优性和不能提供准确的量化参考信息的缺点。

为了达到本发明的目的，本发明提供的技术解决方案如下：一种用于系外行星探测的DFDI仪器模型建立方法，依次包括下述步骤：

步骤1：基于DFDI工作原理，确定恒星干涉光谱S_cod(k)与恒星光谱p(k)、光谱仪调制函数lsf(k)之间的关系式

其中：k表示波数，k1和k2表示进入系统的恒星光所覆盖的波数范围，d表示光程差，I_ideal(k)表示经DFDI仪器的干涉仪形成的复色谱干涉条纹I(k)，经光谱仪衍色后的理想干涉条纹(此时不考虑后色散器件-光栅的模糊效应)；