Способ определения интервала временной корреляции атмосферной флуктуации

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕРВАЛА ВРЕМЕННОЙ КОРРЕЛЯЦИИ АТМОСФЕРНОЙ ФЛУКТУАЦИИ, основанный на регистрации пятенного изображения точечного источника, наблюдаемого через турбулентную атмосферу, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и ускорения процесса определения интервала временной корреляции, регистрацию пятенного изображения производят за время, большее наиболее возможного значения интервала временной корреляции атмосферных флуктуаций, дефокусируя при этом пятенное изображение до диаметра центрального пятна пятенного изображения, равного максимальной величине флуктуации центрального пятна в плоскости регистрации, а интервал временной корреляции атмосферных флуктуаций определяют по формуле

где t_per время экспозиции при регистрации пятенного изображения;
_ср. плотность в средней зоне краевого участка центрального пятна зарегистрированного распределения интенсивности;
₁ плотность в центре центрального пятна зарегистрированного распределения интенсивности;
d максимальная величина флуктуаций центрального пятна пятенного изображения при регистрации;
величина допустимого "смаза" изображения при регистрации реального космического объекта;
F расстояние от фокусирующей системы до плоскости регистрации реального космического объекта;
F₁ расстояние от фокусирующей системы до плоскости регистрации дефокусированного пятенного изображения точечного источника.

Изобретение относится к области технической физики и может быть использовано в астрономии при определении характеристик атмосферы.
Цель изобретения повышение точности и ускорения процесса определения интервала временной корреляции атмосферных флуктуаций.
На фиг. 1 представлено устройство для реализации предложенного способа; на фиг.2 дефокусированное центральное пятно пятенного изображения источника света; на фиг.3 распределение интенсивности центрального пятна пятенного изображения за время, большее интервала временной корреляции атмосферных флуктуаций; на фиг. 4-6 рисунки, поясняющие вывод формулы для определения интервала временной корреляции атмосферных флуктуаций.
Устройство для реализации предложенного способа содержит точечный источник 1 света (звезда), наблюдаемый через турбулентную атмосферу 2, узкополосный фильтр 3, приемное устройство 4, фокусирующую систему 5, полупрозрачное зеркало 6, устройство 7 измерения максимальной величины флуктуаций центрального пятна пятенного изображения и управления фокусирующей системой 5, регистрирующую камеру 8, распределение 9 интенсивности пятенного изображения.
Световое излучение от точечного источника 1, находящегося в зените, пройдя через турбулентную атмосферу 2, спектрально фильтруется узкополосным фильтром 3 и поступает в приемное устройство 4 и далее в фокусирующую систему 5. После фокусирующей системы 5 излучение разделяется на два пучка с помощью полупрозрачного зеркала 6. Один световой пучок подается в устройство 7, где производят измерение максимальной величины флуктуаций (колебаний) центрального пятна пятенного изображения относительно его центра, а второй в регистрирующую камеру 8. После измерения вышеуказанной величины с устройства 7 подается управляющий сигнал в фокусирующую систему 5, где производят дефокусировку светового пучка от источника 1 до диаметра d центрального пятна пятенного изображения, равного величине его максимальной флуктуации в плоскости регистрации. Затем производят регистрацию дефокусированного пятенного изображения за время, по крайней мере на порядок больше максимально возможного значения интервала временной корреляции атмосферных флуктуаций (t_amax 0,02 с).
Зарегистрированное распределение интенсивности центрального пятна пятенного изображения показано на фиг.3. Оно представляет собой окружность диаметром 3d с темным пятном посередине с диаметром d (в результате многократных наложений световой энергии при флуктуациях центрального пятна пятенного изображения относительно его центра).
Далее путем фотометрирования полученного распределения интенсивности измеряют плотность ₁ в центре центрального пятна и плотность _срв средней зоне его краевого участка и определяют интервал t_a временной корреляции атмосферных флуктуаций по формуле
t_a= (1) где t_рег время регистрации пятенного изображения;
_ср- плотность в средней зоне краевого участка центрального пятна зарегистрированного распределения интенсивности;
₁- плотность в центре центрального пятна зарегистрированного распределения интенсивности;
- допустимый "смаз" изображения при регистрации реального космического объекта;
F расстояние от фокусирующей системы до плоскости регистрации реального космического объекта;
F₁ расстояние от фокусирующей системы до плоскости регистрации дефокусированного пятенного изображения точечного источника.
Покажем вывод формулы (1) с помощью рисунков, изображенных на фиг.4-6.
Определим число флуктуаций центрального пятна (количество выходов центрального пятна от центра к периферии окружности диаметром 3d) за врем t_рег регистрации пятенного изображения точечного источника.
Очевидно, что в результате усреднения
N (2) где N число касающихся друг друга окружностей диаметра d, расположенных на диаметре D_ср (фиг.4). Из фиг.5 ясно, что
N
sin = 0,25; a 4 arcsin 0,25 (рад)
Подставив значение в (2), получим:
(3)
Разделив время t_рег регистрации пятенного изображения на число флуктуаций, получим время t₁ одного колебания (флуктуации) центрального пятна пятенного изображения:
t₁= (4)
Исходя из того, что под интервалом временной корреляции атмосферных флуктуаций подразумевается "время замороженности" атмосферы (т.е. промежуток времени, когда атмосфера практически неподвижна и величина "смаза" изображения О₁О₂ реального космического объекта (КО) в плоскости его регистрации не превышает наперед заданной допустимой величины ), а путь, проходимый каждой точкой центрального пятна пятенного изображения точечного источника за время одного колебания, равен 2d, составим пропорцию:
t₁-2d
t_a- _пр., где _пр- величина "смаза" изображения О₃О₄, приведенная к плоскости регистрации пятенного изображения точечного источника (см. фиг.6).
Отсюда
t_a= (5)
Из подобия треугольников ОО₁О₂ и ОО₃О₄ определяем:
_пр= где F₁ расстояние от фокусирующей системы до плоскости регистрации дефокусированного пятенного изображения точечного источника;
F расстояние от фокусирующей системы до плоскости регистрации реального космического объекта (практически для удаленных объектов равно фокусному расстоянию системы).
И, окончательно подставив в (5) значения t₁ и _пр согласно формулам (4) и (5), получим расчетную формулу интервала временной корреляции атмосферных флуктуаций:
t_a=
по которому выбирают оптимальное время экспозиции при регистрации изображения реального КО.
Предложенный способ определения интервала временной корреляции атмосферных флуктуаций имеет преимущества:
1) повышается точность определения интервала корреляции атмосферных флуктуаций, т. к. отсутствует дискретность в экспозициях при регистрации серий изображений;
2) ускоряется более чем на порядок процесс определения интервала временной корреляции, т. к. обрабатывается всего лишь одно распределение интенсивности, а не серия из большего числа изображений.
Использование: астрономия, при определении характеристик атмосферы. Сущность изобретения: регистрацию пятенного изображения производят за время, больше наиболее возможного значения интервала временной корреляции атмосферных флуктуаций, дефокусируя при этом пятенное изображение до диаметра центрального пятна пятенного изображения, равного максимальной величине флуктуаций центрального пятна в плоскости регистрации, а интервал временной корреляции атмосферных флуктуаций определяют по соответствующей формуле. 6 ил.