[發明專利]一種用于分層大氣湍流強度測量的高度優化方法

有效

• 申請號: 201711096299.5
• 申請日: 2017-11-09
• 公開（公告）號: CN107966745B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 王志勇;饒長輝;張蘭強;孔林;鮑華;郭有明;饒學軍;鐘立波;朱磊
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G01W1/00
• 分類號: G01W1/00;G06T7/62
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種用于分層大氣湍流強度測量的高度優化方法，該方法對大視場夏克?哈特曼波前傳感器的子孔徑圖像進行多次分割，獲取每次分割區域的子孔徑斜率作為輸入，利用太陽差分圖像運動監測儀加(S?DIMM+)方法或S?DIMM+的改進、泛化方法，獲得一定高度范圍的分層大氣湍流層的局部大氣相干長度，并判斷高層大氣湍流強度權重與閾值之間的關系，最終輸出大氣湍流分布的高度范圍。本發明方法通過將波前傳感器探測的大氣湍流層高度范圍從最高高度依次降低，直到覆蓋了主要的大氣湍流產生區域，并通過閾值進一步優化輸出大氣湍流分布的高度范圍。該方法考慮到大氣湍流主要位于低層大氣空間，且能充分利用波前傳感器的硬件性能。

技術領域

本發明屬于大氣光學技術領域，具體涉及一種對大氣湍流強度進行分層測量的高度的優化方法。

背景技術

大氣光學湍流隨大氣垂直高度的分布用大氣折射率結構常數表征，其是多層共軛自適應光學(Multi-Conjugate Adaptive Optics,MCAO)的核心知識，同時也是評價望遠鏡站址好壞的關鍵參數，測量結果可以用于優化系統參數，包括伺服閉環帶寬、波前重構算法以及MCAO系統反射鏡的共軛高度等。大氣相干長度r₀，是評價大氣湍流特性的一個重要參數，大氣折射率結構常數與大氣相干長度r₀之間的函數關系為：

因此可以通過將大氣湍流離散為有限數量的均勻薄層，并測量每層大氣湍流層的局部大氣相干長度r₀(h)，從而得到大氣折射率結構常數

太陽差分圖像運動監測儀加(S-DIMM+,Scharmer G B,Van Werkhoven T I M.S-DIMM+height characterization of day-time seeing using solar granulation[J].AstronomyAstrophysics,2010,513:A25.)方法由Scharmervan Werkhoven提出，其通過太陽米粒結構的斜率計算，在空間域內實現白天大氣湍流的分層測量，獲得一定高度范圍內的離散大氣層的湍流強度參數，如局部大氣相干長度r₀(h)。該方法優點是不受望遠鏡運動和跟蹤誤差的影響，同時配合大口徑太陽望遠鏡的使用，可獲得高空間分辨率大氣分層測量結果。然而根據波前傳感器子孔徑排布、望遠鏡口徑以及子孔徑圖像分割目標的角度間隔，常規方法是測量固定高度的大氣湍流，但是實際大氣湍流隨機垂直高度隨機分布，這種固定高度的大氣湍流測量方法，無法保證波前傳感器探測的高度范圍覆蓋了主要的大氣湍流產生區域，同時對于子孔徑數目較少的波前傳感器，其可以探測的大氣湍流層數也越少，相鄰湍流層之間的高度間隔越大，這將無法準確測量大氣湍流層存在的高度位置，且導致大氣湍流分層測量時結果不精確，因此如何充分利用波前傳感器的硬件性能，保證有限的探測層數范圍內包含主要的大氣湍流產生區域，也是一個需要解決的問題。大氣湍流隨高度分布的準確測量，將有利于系統參數的調整，如多層共軛自適應光學系統反射鏡的共軛高度、系統伺服帶寬和波前重構算法等。

根據以上背景描述可知，為了充分利用波前傳感器的硬件性能，保證波前傳感器探測的大氣湍流層高度范圍覆蓋了主要的大氣湍流產生區域，避免大氣湍流分層測量時相鄰湍流層之間高度間隙過大，本發明方法提出一種用于分層大氣湍流強度測量的高度優化方法，通過對大視場夏克-哈特曼波前傳感器的子孔徑圖像多次分割出2個目標區域，將波前傳感器探測的大氣湍流層高度范圍從最高高度依次降低，直到獲得的高層大氣湍流強度權重大于閾值，則停止對子孔徑圖像的再次分割，最后輸出波前傳感器探測的大氣湍流高度分布范圍。該發明方法對于子孔徑數目較少和探測大氣湍流層數較少的波前傳感器具有明顯的優勢。

發明內容

本發明目的在于解決上述現有技術的不足，提出一種用于分層大氣湍流強度測量的高度優化方法。

本發明采用的技術方案為：一種用于分層大氣湍流強度測量的高度優化方法，該方法包括如下步驟：