大气闪烁仪SCIDAR技术研究

大气稳定性和透明度是地基天文观测设备的首选指标，大气湍流会直接影响光学红外望远镜的观测性能。SCIDAR技术是目前天文选址中最为细致的大气湍流探测研究手段，长期以来，受到1米以上口径望远镜的限制，很难投入到天文选址的前期野外监测中，该系统一般应用在已有台址的研究观测。.作为天文选址工作的迫切需求，本项目研究的是单星SCIDAR。它作为测量大气光学湍流垂直廓线的有效方法，是通过高速获取单星闪烁的图像，经过自相关和互相关等处理，解析出大气湍流廓线和风廓线，对于台址评价和自适应光学望远镜运行都有重要的应用。.单星SCIDAR只需要40cm口径望远镜即可开展观测，其便携性可以装备在西部天文选址项目的野外台址候选点和南极DOME A台址，为中国的下一代大型望远镜选址提供详细的大气湍流廓线监测。单星SCIDAR技术还可应用于自适应光学望远镜的观测运行，以提高望远镜的观测质量。

本项目研制出中国首台单星SCIDAR光学湍流廓线仪，完成了台址评价光学湍流测量实验。主要研究结果包括五项内容：1）研究并实践了恒星闪烁测量的大气湍流廓线反演方法；2）搭建了单星SCIDAR样机，在光学上实现了“Generalized SCIDAR”技术，在数据处理方面发展了“模拟退火算法”，能够提供从地面到大气层顶的光学湍流强度廓线和风廓线的有效测量；3）使用单星SCIDAR样机在北京、河北兴隆站、西藏阿里站进行光学湍流测量，首次获得了光学湍流廓线、风廓线、视宁度、等晕角和大气相干时间等完备台址参数，湍流廓线空间分辨率500米，时间分辨率12秒；4）单星SCIDAR测量结果与美国NOAA数据库的同期风廓线和同时同地的DIMM视宁度观测进行了对比，结果显示出了高度的一致性；5）面向南极Dome A观测应用的技术需求，大幅提高了单星SCIDAR观测的自动化程度，使其适于极端环境的湍流测量。本项目实现的单星SCIDAR可用于长期监测光学湍流廓线，测量获得光学湍流特征对于主动被动成像、天文选址、自适应光学、激光通讯、空间目标跟踪识别和激光光束控制等工程应用都有重要意义。