基于双星波前闪耀三角测量方法的天文台址近地面大气光学湍流廓线研究

Construction planning of Chinese large optical-infrared telescope candidate sites and Antarctica's Dome A needs long-term data of near-ground atmospheric optical turbulence profiles. Therefore, research of triangulation method based on double-star wavefront scintillation to obtain near-ground atmospheric optical turbulence profiles for astronomical sites will be carried on, and include: principles and data processing methods for triangulation of atmospheric optical turbulence profiles based on double-star wavefront scintillation; LOLAS (Low Layer Scintillation Detection and Ranging) test platform developed to measure optical turbulence profiles close to ground with high altitude resolution; comparative experiment of DIMM (Differential Image Motion Monitor), MASS (Multiple Aperture Scintillation Sensor), LuSci (Lunar Scintillometer) and LOLAS; site testing with LOLAS in Chinese large optical-infrared telescope candidate sites; site testing expected with LOLAS in Antarctica's Dome A, etc. So, the research achievements could be applied to long-term measurements of near-ground turbulence with high altitude resolution for astronomical sites, which would help to study the near-ground optical turbulent characteristics, and to support the planning and operation of the astronomical large-scale scientific optical facilities.

中国大型光学红外望远镜候选台址和南极Dome A的规划建设都需要近地面大气光学湍流廓线的长期数据。为此本项目将开展基于双星波前闪耀三角测量方法的天文台址近地面大气光学湍流廓线研究，包括：研究基于双星波前闪耀的三角测量大气光学湍流廓线的原理和数据处理方法，搭建高分辨率测量近地面大气光学湍流廓线的LOLAS试验平台，开展DIMM、MASS、LuSci与LOLAS对比试验的研究，开展LOLAS的中国大型光学红外望远镜候选台址试验，拟开展LOLAS的南极Dome A试验等。本项目研究成果可应用于长期高分辨率测量天文台址近地面大气光学湍流，进而研究该台址近地面光学湍流特征，为天文大科学光学装置的规划和运行提供支持。

中国大陆西部高原拥有阿里、稻城、慕士塔格和冷湖等大型光学红外望远镜的优秀台址。天文台址的大气光学湍流主要集中在近地面，近地面大气光学湍流的补偿能够为大型光学红外望远镜提供更高的角分辨率、更宽的观测视场和天空覆盖。.鉴于中国大型光学红外望远镜台址需要近地面大气光学湍流廓线的长期数据，本项目开展基于双星波前闪烁三角测量方法的天文台址近地面大气光学湍流廓线研究，包括：基于双星波前闪烁的三角测量大气光学湍流廓线的原理和数据处理方法，LOLAS数值模拟，太阳闪烁仪的对比测试和数据分析，DIMM、MASS和LuSci联测和数据分析，LOLAS双星观测实验及数据处理等。.在本项目执行期间取得如下重要结果：掌握了基于双星波前闪烁的三角测量天文台址大气光学湍流廓线的原理和数据处理方法。利用单位圆盘替代实际太阳和月亮图像计算权重函数，太阳和月亮闪烁仪会高估近地面湍流。波前外尺度几乎不影响太阳和月亮闪烁仪估计近地面湍流。大气湍流引起的太阳和月亮流量波动主要集中在低频段。两台相同硬件配置的太阳和月亮闪烁仪同时同地测量数据的差异较小。两台相同硬件配置的MASS同时同地测量数据的差异较小。DIMM、MASS和LuSci同时同地测量数据的相关性好。LOLAS圆环图像质心算法的对准精度达到10e-2像素级，能够数字弥补赤道仪理想跟踪目标，维持目标位于给定位置。搭建了LOLAS，并完成了LOLAS观测实验和数据处理，及验证了LOLAS模拟算法。.一方面，在开发LOLAS算法的同时，也在深入理解闪烁理论，完善LuSci和MASS算法，跟踪最新湍流探测技术的理论和算法。另一方面，本项目研究成果可应用于长期测量天文台址大气光学湍流，进而研究该台址光学湍流特征，为天文大科学光学装置的规划和运行提供支持。