大气湍流尺度和强度对到达角起伏的影响

考虑到光束通过大气时受到大气湍流的影响,理论上分析了到达角起伏的原因,通过利用马尔科夫和平均强度的平方近似所求得到达角起伏公式,采用变形谱 Von Karman 所得出的波结构函数 D(ρ,z),得出到达角起伏在考虑湍流内外尺度和强度影响下的到达角方差表达式.并在垂程方向上分析得出到达角方差随 L 增大而增大,在小于250 m 范围内,仅考虑湍流强度与考虑了湍流尺度和强度的影响相比,两者较接近,大于250 m 以后,考虑了湍流尺度和强度的影响比仅考虑湍流强度影响的大.

大气湍流光学参数分析

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30km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%。

高超声速湍流等离子体鞘套中的高斯光束漂移特性

为了研究高斯光束在高超声速湍流等离子体鞘套中的漂移特性,分析了不同时刻高超声速Apollo返回舱3维流场中温度和压强的变化规律,并根据广义惠更斯-菲涅尔原理,采用快速傅里叶变换的功率反演法,利用随机相位屏模拟等离子体鞘套中的湍流,对高斯光束在高超声速湍流等离子体鞘套中的漂移特性进行了数值仿真和统计分析。结果表明:等离子体鞘套中的湍流强度量级集中在10-8~10-10;传输距离越大,高斯光束的光斑漂移距离越大,漂移方差也越大。

差分像移大气湍流廓线激光雷达的研制

大气折射率结构常数在自适应光学系统、天文观测以及大气湍流模型等研究领域都有着重要的意义。基于差分像移的大气湍流廓线的测量原理,研制了一套距离分辨的大气湍流廓线激光雷达。差分像移湍流廓线激光雷达相比传统湍流测量技术对仪器误差,比如震动和离焦不敏感,可以对目标进行实时的主动探测,并能够得到测路径上随距离分布的大气湍流廓线。介绍了差分像移湍流廓线激光雷达的基本原理与系统结构,利用该湍流廓线激光雷达进行了外场探测实验,探测距离信号发射点200～8 000 m的目标大气,距离分辨率为200～1 000 m,共13个采样点。采用50 Hz帧率的ICCD相机获取信号,每个采样点测量20 s,获得1 000张图像,计算出对应的差分像移,并进一步反演出对应的折射率结构常数,得到了大气湍流的距离分布廓线,最后对实验的结果与过程进行分析,验证了该激光雷达系统的功能性。

海雾对8mm的衰减和闪烁研究

在中国青岛地区进行了海雾对８ｍｍ信号视距传播时所产生的衰减和闪烁测量实验。１ｍｉｎ平均衰减统计表明浓海雾所引起的衰减可接近１ｄＢ／ｋｍ；并对信号的功率谱密度进行了统计分析，分析了海雾湍流团的快变化和慢变化特性；海雾湍流结构符合Ｈｏｌｍｏｇｏｒｏｖ理论；对信号起伏方差的统计结果推算海雾湍流结构常数在１０－１１量级。

基于M^2因子测量的大气湍流参数的确定方法

基于广义惠更斯-菲涅尔原理以及大气湍流理论,推导出部分相干光束在大气湍流中传输的光束传输M2因子的解析表达式.定量分析了表征大气湍流参数的折射率结构常数C2n和涡旋内尺度l0对M2因子的影响,并由此提出了一种通过实验测量大气湍流中光束的M2因子,进而确定出大气湍流参数的新方法.研究结果表明,由于大气湍流对相干性好的光束影响更为明显,在测量中可采用具有高相干性的基模高斯光束作为测量光源,而测量装置则可采用常规的M2因子测量仪.利用本文提出的方法,可简单、方便地对大气湍流参数进行确定.

基于MAD光流计算近地面大气光学湍流参数

提出一种基于绝对中位值偏差(MAD)的光流计算方法,并用于计算近地面大气湍流折射率结构常数Cn2。通过光流计算捕捉望远镜系统拍摄的前后多帧目标图像的抖动信息,得到传输路径上的到达角起伏方差均值,从而估算近地面大气湍流折射率结构常数。通过在合肥市进行了为期6天的观测实验,将模型估计的Cn2均值与观测路径上温度脉动仪的实测结果进行充分对比,最终得到估算值与实测值的平均偏差(BIAS)、方均根误差(RMSE)、相关系数分别为0.0004、0.2708、0.7930,充分证明所提方法可以有效估算近地面大气湍流折射率结构常数,为基于图像反演大气湍流参数提供参考。

激光大气传输中的不完全相位共轭数值模拟

采用含时四维程序数值模拟了激光在湍流大气中传输的不完全相位共轭。比较了不同孔径信标对探测光的反射率,考察了中弱湍流条件下采用不同孔径信标传输不同距离时硬孔的相位共轭保真度和反射率随湍流结构常数的变化规律,及强湍流条件下采用不同孔径信标时软孔的相位共轭保真度和反射率与高斯孔径的关系。结果显示:中、弱湍流条件下,直到3km传输距离,0.5m的接收孔径都足以提供点信标较为理想的相位共轭补偿,3km传输中等程度湍流下Cn2=10-15m-2/3,大信标有较为明显的优势,其保真度高于小信标,所需的系统放大倍率也远低于小信标;3km传输强湍流下Cn2=10-13m-2/3,大信标的保真度反而低,而PCM孔径小时也能获得较高的保真度。