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利用宽视场夏克-哈特曼波前传感器表征白昼风场剖面
摘要： 了解风速和风向的垂直时空分布对于优化自适应光学系统性能至关重要。通过追踪夏克-哈特曼波前传感器斜率获得的时延互相关峰，可扩展SLODAR（斜率探测与测距）技术用于风场剖面测量。该方法在互相关峰可单独识别时效果良好，但在多数情况下，二维互相关图中难以找到各湍流层的孤立互相关峰，导致风场剖面估算困难。为此，我们提出一种分层风速风向测量方法：该方法更易区分孤立峰且适用于多峰情形（包括弱响应情况）。新方法不追踪二维互相关图中的峰值，而是通过不同方向的一维切片曲线追踪系列互相关峰，最终依据冻结流假设确定风速风向。仿真验证表明该方法能准确还原输入风场剖面。此外，我们将该方法应用于抚仙湖太阳观测站1米新真空太阳望远镜的47组数据序列，估算出地面至12公里高度的风场剖面，实验结果显示所有气层均以较低速度运动。
关键词： 太阳：米粒组织、大气效应、仪器设备：自适应光学
更新于2025-09-23 15:23:52
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贝加尔天体物理观测站的日间光学湍流与风速分布
摘要： 大气湍流限制了地基光学望远镜的角分辨率。太阳观测的日间湍流条件比夜间观测更为强烈且复杂。贝加尔湖天体物理观测站位于俄罗斯东西伯利亚世界最大淡水湖——贝加尔湖附近，该站配备1米大口径太阳真空望远镜（LSVT）。该地区具有独特的天气系统和自然现象，包括地方性风和巨型冰环。由于LSVT正在开展并计划推进自适应光学（AO）项目，掌握大气湍流和风速分布的统计特征对AO系统的设计与优化至关重要。我们首次呈现了贝加尔湖天体物理观测站风速垂直分布及日间光学湍流条件的季节性研究。通过LSVT自适应光学系统中的夏克-哈特曼波前传感器获取日间弗里德参数的实地测量数据，并采用美国国家环境预报中心（NCEP）和国家大气研究中心（NCAR）的再分析数据来描述风速分布特征。结果表明太阳视宁度与风速剖面均存在季节性变化：冬季和11月测得最强风速，夏季风速最弱；冬季出现最强的日间湍流条件；最佳太阳视宁度β0≈1角秒出现在夏季。
关键词： 现场测试、大气效应、仪器设备：自适应光学
更新于2025-09-10 09:29:36
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一种用于金字塔波前传感器自适应望远镜的新型校准策略
摘要： 多台望远镜的镜筒内部直接配备了大型可变形镜（DM）。这类自适应望远镜对自适应光学（AO）系统的校准提出了新要求——由于通常无法获取用于交互矩阵测量的人工校准光源，且可变形镜与波前传感器（WFS）之间的光路传播可能在运行过程中发生变化，导致会对AO性能及科学观测产生严重影响的配准偏差。这些偏差必须通过校准更新等方式进行测量与补偿。新策略是通过估算配准偏差并将其注入合成模型来生成无噪声交互矩阵。这种伪合成方法已成为采用夏克-哈特曼波前传感器的自适应光学设施的基础方案，尤其适用于未来需要频繁为大量促动器更新校准参数的极大望远镜。本文研究了在双子座大视场望远镜（LBT）上采用金字塔波前传感器实现伪合成校准的可行性：开发了LBT AO系统的合成模型，提出从实验交互矩阵中提取参数来调整配准偏差的流程，并成功在真实系统的高阶AO模式下测试了该模型生成的交互矩阵，其性能表现略优于实测数据。本研究表明采用金字塔波前传感器的伪合成方法可获得高精度校准。
关键词： 望远镜，仪器设备：自适应光学
更新于2025-09-09 09:28:46
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一种用于高对比度成像系统中校正残余大气色散的高精度技术
摘要： 对系外行星进行直接探测和光谱分析需要高对比度成像技术。特别是对于与宿主恒星角距离较小的宜居系外行星而言，采用能有效抑制星光的窄内工作角（IWA）日冕仪至关重要。这类日冕仪的性能又直接依赖于波前的精确控制。对于地基望远镜，大气折射是另一个重要因素——它会导致点扩散函数（PSF）模糊化，而这种模糊效应已无法通过日冕仪有效消除。传统上通过大气色散补偿器（ADC）来校正大气折射，但其控制依赖仅基于望远镜指向参数的大气先验模型，可能导致补偿不完善。 以采用极窄IWA日冕仪的昴宿星团日冕仪极端自适应光学系统（SCExAO）为例，这类高对比度仪器要求科学波段内由折射引起的PSF模糊量在首次进行残余最优性能的实测与校正时必须小于1毫角秒。本文我们提出通过自适应人工散斑网格作为诊断工具，直接从科学图像测量大气色散并反馈调节望远镜ADC。当前配置下，我们将宽带光（y波段至H波段）的初始残余大气色散从18.8毫角秒降至4.2毫角秒，在纯H波段更降至1.4毫角秒。这项研究对即将投入使用的极大望远镜（ELTs）尤为重要——这些望远镜需要精细调控ADC才能充分发挥其高对比度成像潜力。
关键词： 大气效应、行星与卫星：探测、仪器设备：自适应光学
更新于2025-09-04 15:30:14