基于月亮边缘像的湍流廓线测量方法研究

摘要

实时和长期测量大气光学湍流参数已经成为地基天文台运行的重要内容之一，不仅作为衡量天文台址性能的主要指标，还对天文高分辨成像技术（包括自适应光学和、天文光干涉技术）的初始设计、观测性能和提高精度具有重要影响。对天文成像有重要影响的大气光学湍流参数包括:大气视宁度、等晕角、相干时间、外尺度、湍流廓线等，其中湍流廓线是大气折射率结构常数C2n随高度的分布，它是大气湍流的最基本参数，其他湍流参数都与之相关。
　　论文首先描述了大气湍流结构以及影响天文成像的大气光学湍流参数。其次，基于月亮边缘单像和双像起伏获得的大气光学湍流参数的相关理论，利用横向到达角起伏角距离结构函数和差分角距离相关函数恢复湍流廓线。探究了月亮边缘自动识别算法，包括传统边缘检测算法和小波变换边缘识别算法，及分析不同算法的计算时间和计算精度;利用线性或非线性逆问题求解算法恢复湍流廓线，包括非负最小二乘法、迭代梯度算法和模拟退火算法。最后，参与了月亮单边缘和双边缘测量湍流廓线的实验研究，初步分析了测量数据，验证了数据处理算法的可行性。论文的研究结果对实验方案的进一步改进具有指导意义。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 湍流廓线的典型测量方法

1．3 国内外的研究状况

1．4 本文的主要内容和章节安排

2 大气光学湍流概述

2．1 大气湍流结构

2．2 光在大气中的传播

2．3 大气光学湍流参数

2．4 本章小结

3 基于月亮边缘单像测量大气湍流廓线

3．1 测量原理

3．2 月亮边缘的提取算法

3．2．1 传统边缘检测算法

3．2．2 小波变换边缘检测

3．2．3 边缘检测精度分析

3．3 逆问题求解算法

3．3．1 非负最小二乘法

3．3．2 模拟退火算法

3．4 MOSP测量结果分析

3．4．1 测量结果

3．4．2 误差估计

3．5 本章小结

4 基于月亮边缘双像测量大气湍流廓线

4．1 测量原理

4．2 逆问题求解算法

4．2．1 最小二乘法

4．2．1 迭代梯度算法

4．3 PML测量结果分析

4．3．1 PML试验

4．3．2 测量结果

4．4 本章小结

5 总结与展望

5．1 研究总结

5．2 未来展望

致谢

参考文献