基于相干多普勒激光雷达的斜程湍流参数反演方法研究

大气湍流广泛存在于大气中,其中斜程湍流对航空航天、天文观测等会产生不可忽视的影响。一方面利用相干多普勒测风激光雷达获得的高时空分辨风场探测数据,另一方面基于Kolmogorov局地均匀各项同性理论,即在惯性子区内湍流的特征只与湍能耗散率ε有关,将速度结构函数法应用到飞机着陆阶段下滑道扫描模式中,通过实测数据的速度结构函数与模型速度结构函数最小二乘法拟合,从而估算激光雷达扫描范围内的大气湍流参数(径向风速方差、湍流积分尺度和ε等)。根据下滑道扫描区域数据的时空分布特征,给出大气湍流参数的斜程空间分布图,并与同步观测的飞机下滑道风切变强度数据进行了对比分析,发现两者具有较好的一致性,证实了斜程湍流参数反演方法的可靠性。

斜程大气湍流中激光回波的闪烁指数

根据光波斜程传输理论以及随高度变化的ITU-R大气折射率结构常数模型,考虑内尺度及从发射机到目标和从目标到接收机双斜程路径影响的条件下,应用修正Hill湍流折射率起伏功率谱,对反射器目标激光回波闪烁指数进行了研究。推导了回波闪烁指数随菲涅耳率的变化关系,数值分析了不同内尺度、传输距离、激光波长以及目标高度对回波闪烁指数的影响。结果表明:内尺度和目标高度对回波闪烁指数的影响要远大于波长和传输距离的影响。

斜程大气湍流中漫射目标的散射特性

根据推广的惠更斯-菲涅尔原理及ITU-R大气结构常数模型(2001年国际电信联盟提出的随高度变化的大气结构常数模型),考虑了大气湍流对激光从发射机到目标和从目标到接收机双程路径的影响,研究了大气湍流中漫射目标的激光波束散射问题,导出了考虑对数振幅起伏和相位占优情况下在斜程大气湍流中传输时激光波束散射场的互相关函数、强度协方差和强度方差的计算公式,并给出了数值计算结果.数值分析了波长、接收机高度和传播距离对强度协方差和归一化强度方差的影响.

环状光束沿斜程路径大气湍流传输的光束扩展

利用数值模拟方法,采用桶中功率为86.5%定义的环围功率束宽作为光束扩展的评价参数,研究了环状光束在大气湍流中沿斜程路径传输的光束扩展。研究结果表明,自由空间中遮拦比越大,远场光强旁瓣越明显。大气湍流造成光强旁瓣消失,且远场光强分布并不是高斯分布。光束扩展随着遮拦比和天顶角的增大而增大,大气湍流对光束扩展的影响也随天顶角的增大而增大。当遮拦比较大或较小时,湍流对光束扩展影响随遮拦比的增大而减小;当遮拦比中等大小时,湍流对光束扩展的影响几乎不随遮拦比而变化。与已有研究结果比较发现,按照桶中功率不同百分比定义的环状光束环围功率束宽受大气湍流影响规律是不同的,研究结果对实际应用具有意义。