大气折射率结构常数Cn2是反映湍流强度变化状况的重要大气参数。针对反演Cn2时所需初始输入数据多、未运用单一类型数据反演的问题，提出一种以整层大气相干长度r0和整层大气等晕角θ0数据为输入反演Cn2的新方法。基于广义的Hufnagel-Valley（HV）湍流模型，推导出r0和θ0之间的理论关系式，以新疆南山实测的r0和θ0数据为基础，反演计算得到广义HV模型的七个参数进而计算出Cn2廓线，再将七个参数值代入推导出的r0、θ0理论关系式计算出单日θ0值。仿真计算结果表明，拟合出的平均Cn2廓线和单日Cn2廓线，其变化趋势与香河模型相比，一致性较好，吻合度较高；单日计算θ0值与实测θ0值之间的日相关系数平均值达到了81.95%，最高达87%。该结果验证了所提方法的可行性，为研究Cn2廓线的反演提供了参考。

等晕误差中的piston项对成像质量没有影响，无需校正，有效非等晕误差应去除该项。为此提出利用夏克-哈特曼波前传感器测量双星波前误差的方法，计算得到去piston项误差后的等晕角。首先，根据Sasiela和Van Dam给出的角度非等晕误差解析表达式，计算不同条件下的非等晕误差理论值；其次，利用相位屏法，模拟不同大气环境下实际自适应光学系统波前误差测量过程，仿真得到非等晕误差值。数值仿真结果与理论计算有较好的吻合，并得到了波前误差与去piston项等晕角的对应关系。最后，基于丽江1.8 m望远镜系统，测量双星的非等晕误差，计算得到去piston项等晕角的大小。并使用差分像运动法和恒星闪烁法，对该方法进行了印证。去piston项等晕角测量实验的结果表明，去piston项等晕角在时间维度上变化缓慢，在空间维度上差别很大，当方位及仰角差距较远的情况下，去piston项等晕角的值没有相关性。根据该方法，也可计算出其他望远镜及大气模型下的波前误差值与去piston项等晕角的对应关系，为信标的位置选择提供了依据。

基于大气相干长度和等晕角综合测量系统在中国西部地区的长期测量资料，分析了大气相干长度和等晕角的时间变化和统计分布特征，给出了白天、夜间、傍晚转换时刻三个时段大气相干长度和等晕角的平均值和标准差。对原始数据的概率分布统计表明，不同地区不同月份大气相干长度和等晕角近似满足对数正态分布，并采用样本偏度和样本峰度描述样本分布同正态分布的偏离程度。分析了大气相干长度和等晕角月平均值的相关性，定性评估了不同时段高层湍流和近地湍流对大气相干长度和等晕角的贡献。

天文选址的决策和激光传输系统的设计和应用需要掌握大气光学湍流的时空变化规律。利用HTP-2型温度脉动仪测量近地面湍流, 用大气相干长度仪测量整层湍流积分效应。分析折射率结构常数C■■的实测数据, 得到近地面光学湍流月平均和季平均的变化规律。分析了早晚两个“转换时刻”不同参数的变化规律。根据广义Hufnagel-Valley模式反演得到夜间、白天及“转换时刻”整层湍流廓线, 比较了不同时刻湍流廓线的特点。在连续多年实测数据的基础上所得结论全面可靠, 具有重要的工程参考价值。

优化设计了一种双环变迹镜。该变迹镜由同心的，交替排列的透光圆环和不透光圆环组成，经过双环变迹镜调制的光波入射至光学接收系统，后经光学成像系统将所接收的光波成像聚焦，数据采集与处理系统对电流信号进行采集和处理，得到沿测量路径的等晕角。这种变迹镜相对于国内现有的单孔径变迹镜，能够在所有高度很好的模拟孔径滤波函数W(z)≡cz5/3，所得等晕角相对误差明显较小，可以实现对等晕角的高精度测量。

等晕角是反映大气湍流特性的重要参数之一，对自适应光学系统设计和补偿效果分析有着重要的作用。介绍了一种新型的三环结构变迹镜，并将其应用于高精度等晕角测量。给出了测量原理和实验测量方法，进行了夜间等晕角的测量。理论推导结果表明：利用三环结构变迹镜对光强调制，能够很好地拟合大气湍流随高度分布的加权特性，并提高等晕角的测量精度。测量结果表明：西安城区夜间的等晕角变化范围为5~10 μrad，与同纬度地区的等晕角值比较一致。针对现有实验系统存在的问题提出了改进方案。

利用恒星闪烁测等晕角是目前应用最广泛的等晕角测量方法。基于理论分析，引入了更准确的计算公式，通过公式推导、数值计算，得出最佳探测孔径直径与菲涅耳尺度相当，分析了复色光的闪烁等效波长及湍流路径长度变化范围的问题，讨论了等晕角与闪烁的比例系数C的计算问题。菲涅耳数在范围0.5~1.1时，比例系数随菲涅耳数的变化可用三次多项式进行拟合，比例系数不能简单地取波长位于500 nm时的固定值，需根据应用实际利用拟合的三次多项式来计算。

利用两种不同大气湍流结构常数模型，讨论了不同高度的湍流对大气湍流光学参数的影响。通过理论计算得出：相干长度和对数振幅起伏方差主要由低层大气湍流决定，而等晕角、倾斜等晕角、格林伍德频率和泰勒频率由对流层顶附近的高层湍流决定。分析了垂直高度30 km以下的3部分大气湍流对等晕角的贡献比例，在给定的不同强度湍流下，对流层顶附近的高层大气湍流贡献比例都大于25％，而低层大气湍流的贡献比例都小于3％。