高斯光束大气闪烁空间分布的数值模拟研究

利用数值模拟方法研究了高斯光束在弱湍流大气中闪烁的空间分布问题。详细给出了计算闪烁指数的方法,分析得出了闪烁指数空间分布的一般特征:闪烁指数在光轴上最小,随着离开光轴距离的增大而增大。模拟结果与Rytov理论预期的结果基本吻合,从而验证了两种方法的可靠性。

湍流大气中高斯光束焦移的数值模拟研究(英文)

采用数值模拟方法对聚焦高斯光束在湍流大气中传输的焦移进行了研究.结果表明:湍流大气中高斯光束的焦点不再位于真空焦点位置,而是向发射点移动,且前移的幅度随湍流强度的增大而增大,这与理论预计结果一致.引用焦深概念描述光束在焦点附近的准直特性,结果显示:在弱起伏和中等强度起伏情况下,光束的焦深随着湍流强度的增大而增大,焦点附近光束准直度提高;在中等和强起伏情况下,光束在焦点附近高度准直.

湍流谱中高频“泵浦”对激光大气传输影响的数值模拟研究

当湍流不稳定时,在折射率谱的高频端会出现特殊的能量注入而形威狭窄的高频"泵浦(bump)"结构.采用数值模拟的方法研究分析了该高频 bump 结构的性质及其对激光大气传输的影响。数值模拟结果表明:高频 bump 的存在使得光强起伏功率谱的高频端出现了尖峰结构并伴有次频成分;随着折射率谱中 bump强度的增大,光强起伏功率谱的高频端渐渐偏离-8/3幂律而下降速度减慢;高频 bump 还使得光束发生扩展,光束有效半径随 bump 强度的增大而先增大后减小最后趋于一稳定值,光束有效半径随 bump 宽度的增大而增大,最大的光束有效半径可以达到不存在 bump 时光束有效半径的数倍.

云的光学特性对目标-背景对比度的影响分析

目标-背景对比度是基于大气辐射传输理论的空间目标识别的重要参量之一。云覆盖了50%的地球表面,对电磁波和光波的传输有重要的影响,因而其类型、在视线路径上出现的概率均会对目标识别产生重要影响。所以要保证目标识别的精度,必须考虑云的作用。从辐射传输理论出发,采用平面平行云的假定和Lund的无云视线概率模型,对有云天气条件下的目标背景对比度进行了详细的分析。

高斯光束圆环衍射与光学系统质量评价

根据任意波型的光波的小孔衍射公式计算了高斯光束圆环衍射的光强分布与环围功率分布;分析了以平面波的圆孔衍射分析激光发射光学系统的光学质量所造成的误差。指出:正确地评价光学系统的质量,必须考虑入射波型和光学系统的具体结构。

大气中目标背景对比度及其影响因素的数值分析

从辐射传输理论出发,利用离散纵标法软件包(DISORT),计算了典型大气条件下0.55μm波长的目标背景对比度,分析了观察者的天顶角和方位角、水平能见度、垂直高度、太阳的天顶角和方位角以及气溶胶单次散射反照率对目标背景对比度的影响。结果表明:目标背景对比度随着观察者天顶角余弦的增加而增加;随着太阳天顶角余弦的增加而减小;随着观察者和太阳方位角差的增加而增加;随着高度的增加而减小;随着水平能见度的增加而增加;随着单次散射反照率的增加而减小。

大气、地表条件对目标-背景对比度的影响分析

本文利用辐射传输软件包MODTRAN,详细分析了大气模式、地表状况以及气溶胶模式等诸多参数对0.43-0.75μm波段范围内的目标背景对比度的影响,主要结果为:①季节变化给目标识别带来一定程度的影响,在同一种大气模式下,在冬季比在夏季更容易识别目标,但是季节变化仅改变C的大小,且变化幅度较小;②不同的大气模式下的C值随波长变化的分布形式发生变化,纬度较高的大气模式下C值较大,或者变化趋势较为明显;③地面反照率对C值的影响较小,同一波长对应的对比度的相对变化较小;④气溶胶模式的变化不仅影响C值的大小,而且改变了C值随波长的分布情况,但是这种影响与其他影响困索相比是很小的。

实际大气中激光闪烁效应的实验观测

就实际大气中激光闪烁效应的观测实验系统及实验结果。

激光大气闪烁的间歇特征

以小波变换法观察了湍流大气中激光光强起伏的间歇特征，并用奇性测度进行了定量的描述。根据间歇性参量的周日变化规律发现：激光大气闪烁的间歇性存在于所有的时间和起伏条件下，并且保持稳定，间歇性参量约为０．１。

湍流大气中光束的相位不连续点数密度(英文)

基于Rytov近似和几何光学近似条件下,导出了对数振幅导数方差的解析表达式,证明了该参量主要取决于湍流内尺度、Rytov方差以及Fresnel尺寸大小.在此基础上,给出了光束相位不连续点数密度的修正表达式,分析了相位不连续点数密度随上述湍流参量变化的情况.分析表明在Rytov方差小于1的湍流条件下,不连续点数密度数随Rytov方差的增大而增大,而随湍流内尺度和Fresnel尺寸的增大而减小.

湍流大气中的准直激光束:分形结构与相位不连续点

利用数值方法研究了不同起伏条件下准直激光束在湍流大气中的传播 ,分析了光斑的分形维数以及相位不连续点数目的统计特征。结果表明 :随着起伏条件的增大 ,光斑的分形维数以及相位不连续点数目增大 ;光斑的分形维数与锐度 (描述光斑质量的参量 )有一定的关系 ,但相位不连续点数目与光斑质量不存在确定的关系。在特定的计算条件下 ,分形维数一直随起伏条件的增大而增大 ,没有出现类似于闪烁饱和的现象。在一定的起伏条件下 ,相位不连续点数目具有一定的统计分布 ,而不是一个确定的值 ,并且具有相当的发散性。

湍流大气中聚焦高斯光束焦移的数值模拟分析

湍流大气不仅使在其中传输的聚焦高斯光束的束腰处光斑发生扩展,也使光束的束腰位置发生移动。采用不均匀分布相屏的傅立叶变换法数值模拟了湍流对聚焦高斯光束束腰位置的影响,发现在湍流大气中传输的聚焦光束不再聚焦在真空传输的焦点处,焦点的移动与湍流强度和初始光束半径有关。数值模拟结果表明:聚焦高斯束在均匀湍流强度的水平路径传输上传输时,湍流将导致光束的焦点向发射点移动,而且焦移的幅度随着湍流强度的增大而增大;在同等强度湍流大气中传输的聚焦高斯光束,其焦点前移的幅度将随着光束半径的增大而减小。

基于Shack-Hartmann波前传感器的湍流大气光闪烁测量

根据CCD探测器的输出信号在动态测量范围内与入射光通量成线性的特点,提出了将Shack-Hartmann波前传感器用于湍流大气光闪烁效应测量的方法,并在1 km的水平湍流大气传输路径上开展了光强闪烁的初步测量。结果表明,测量的光强起伏方差随时间的变化基本符合近地面湍流起伏特征,在统计光强起伏过程中采用了将时间和空间序列的数据相融合的方法,大大增加了统计样本数;将传感器与大口径闪烁仪测量的折射率结构常数进行了对比,发现两者在变化趋势上具有较好的一致性,相关系数达到0.84;最后,通过不同子孔径内光强起伏的功率谱分析,进一步证明了Shack-Hartmann传感器用于光闪烁效应测量的可靠性。

污染气体SO_2和NO_2紫外和可见光谱吸收截面测量

本文用我们自己研制的光谱测量系统测量了常温下的ＳＯ２在２５０～３３０ｎｍ波段和ＮＯ２在 ２８０～６００ｎｍ波段的吸收截面，波长分辨率优于０．１ｎｍ．该测量结果可适用于传统低光谱分辨率仪器遥感大 气污染气体含量，也可为激光差分吸收测量或激光雷达测量污染气体含量提供参考．

目标特性对目标-背景对比度的影响

从辐射传输理论出发,计算分析了目标特性对0.4-14μm波段范围内的目标背景对比度的影响,计算结果显示,在其他条件不变的情况下:1)随着目标物固有亮度的增加,目标背景对比度增加,而且其谱分布也发生相应的变化,紫外与可见光区的对比度增加幅度大于红外区的增加幅度;2)目标物固有亮度的谱分布影响着目标背景对比度的谱分布;3)随着目标物表面反射率的增加,目标背景对比度的值也增加,并且目标物表面反射率的谱分布也影响营目标背景对比度的谱分布。

漂移对聚焦高斯光束闪烁影响的数值模拟

采用非自适应坐标变换对聚焦高斯光束在湍流大气中的传输进行了数值模拟,结果显示轴闪烁指数并没有出现如Rytov理论所预言的随初始光束半径的增大而明显减小的现象,其原因在于Rytov近似理论未考虑大尺度湍涡产生的漂移效应对闪烁的贡献。对比数值模拟结果与漂移理论结果以及相关实验结果,三者相吻合,表明未考虑漂移效应的Rytov近似理论不能完全准确地描述聚焦光束的闪烁特征,在研究聚焦光束的闪烁时,应当考虑漂移的影响。

空间斜程能见度的影响因素分析

空间斜程能见度是空间目标识别的重要参量。水平能见度与大气消光参数有明确的关系,而斜程能见度与大气消光参数、观测方向、太阳天顶角等多种因素有关,目前尚未有明确的结果。从辐射传输理论出发,通过δ Eddington近似求解辐射传输方程,尝试推导了空间斜程能见度的表达式,探讨了斜程能见度与观察者视角、太阳高度角以及大气光学特性之间的关系。

便携式自动太阳辐射计

本文介绍一种新型单片机控制的多波长全自动太阳辐射计，该仪器是在本单位自行研制的第一代太阳辐射计的基础上对控制部分进行改进，从而使仪器更方便使用、更适应恶劣的外部环境、更小型化和有更高的性能价格比．本文就太阳辐射计改进的必要性、新型辐射计设计的方案、仪器组成、性能指标、软件设计、仪器定标及仪器应用进行了阐述．

复杂传播路径条件下激光光强起伏特性研究

对复杂地形情况下实际湍流大气中的激光强度起伏进行了系统的实验观测 ,分析了光强起伏统计特征的周日及全年变化规律。结果发现 :复杂地形情况下实际湍流大气中的激光光强起伏 。

随机取向椭球粒子的吸收特性

用Ｔ矩阵方法计算了折射率虚部的范围在０．００１至０．１的几种椭球粒子随机取向时在几种等效尺度参数下的光散射与吸收特性，并与等效的球形粒子的光散射结果进行了比较。分析结果表明：椭球粒子的吸收特性与等效的球形粒子的吸收特性存在着差别，这种差别随粒子的形状、尺度和折射率而改变，考虑到目前气溶胶粒子复折射率虚部的测量精度，以等效的球体粒子处理非球形粒子的吸收不会带来显著的误差。