[发明专利]一种整层大气湍流倾斜等晕角的测量方法

摘要

本发明公开了一种倾斜等晕角的测量方法，涉及光波大气传输领域，在接收双孔满足一定条件下，双孔接收到的平面波相对光强起伏协方差近似是湍流二阶矩的函数，通过测量相对光强起伏协方差来得出湍流二阶矩，再通过湍流二阶矩计算倾斜等晕角。通过对恒星的观测，利用本方法可以不分昼夜连续测量整层大气倾斜等晕角。本发明方法与广泛使用的恒星闪烁测量等晕角有异曲同工之处，都是通测量湍流矩来间接测量所需量；然而本发明方法的理论误差远小于等晕角测量的恒星闪烁法。本发明方法简单易行，测量精度高，在自适应光学、高分辨率、大视场成像等领域具有重要意义。

主权项

一种整层大气倾斜等晕角的测量方法，利用安装在望远镜系统前端的两个圆形光瞳接收恒星光强，并计算相对光强起伏协方差C_R，通过选定合适的大气湍流层高度h₀、望远镜观测的天顶角φ确定相对光强起伏协方差C_R的湍流积分路径权重W_C(u)及其最大值A，进而计算大气倾斜等晕角，其特征在于，包括以下步骤：①、实验选定大气湍流层高度h₀、望远镜观测的天顶角φ，并选定两个直径为D的接收光瞳安置于望远镜前端接收恒星的光强，利用望远镜后端的光电探测器测量两个光瞳分别接收到的恒星光强值I(x₁)和I(x₂)，并计算I(x₁)和I(x₂)的相对光强起伏协方差C_R：$C_R=\frac{C_I\left(d\right)}{{\&lt;I>}^2}=\frac{\&lt;[I\left(x_1\right)-\&lt;I>][I\left(x_2\right)-\&lt;I>]>}{{\&lt;I>}^2}---\left(1\right)$其中括号<>代表统计平均，x₁、x₂分别为两个接收光瞳的中心位置，d为两接收光瞳中心间距d＝|x₁‑x₂|，<I>为恒星星光在各光瞳上的光强统计均值；②、将C_R转换为对数振幅起伏协方差C_χ：$C_{\mathrm{\&chi;}}=\frac{\mathrm{In}(C_R+1)}{4}---\left(2\right)$③、进而计算C_χ的湍流积分路径权重W_C(u)及其最大值A：$W_C\left(u\right)={\&Integral;}_0^{\&infin;}{\mathrm{\&kappa;}}^{-\frac{8}{3}}{\left[\frac{{2J}_1(\mathrm{\&kappa;}/2)}{\mathrm{\&kappa;}/2}\right]}^2{J}_0\left(\mathrm{\&kappa;}\frac{d}{D}\right){\sin }^2\left(\frac{{\mathrm{\&kappa;}}^{2}u}{4\mathrm{\&pi;}{F}_N}\right)\mathrm{d\&kappa;},$A＝Max[W_C(u)]   (3)其中，J_n为第一类n阶贝塞尔函数，F_N为菲涅尔数D²/λ₀L，λ₀为探测波长，L＝h₀secφ为所取湍流传播距离，其中h₀为所取湍流大气层高度，φ为天顶角，W_C(u)/A≈u²；④、将实验选定大气湍流层高度h₀、望远镜观测的天顶角φ，光瞳直径D以及以上计算所得的C_χ、A代入下式计算等晕角θ_ΤΑ${\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{TA}}=\frac{1.40{\mathrm{\&lambda;}}_c{D_c}^{1/6}{D}^{5/6}{A}^{1/2}}{L{\mathrm{\&lambda;}}_0{C_{\mathrm{\&chi;}}}^{1/2}}=\frac{1.40{\mathrm{\&lambda;}}_c{D_c}^{1/6}{F}_N{A}^{1/2}}{D^{7/6}{C_{\mathrm{\&chi;}}}^{1/2}}---\left(\text{4}\right)$其中，λ_c、D_c为与倾斜等晕角对应的波长、孔径直径，F_N为D²/λ₀ h₀secφ。