光波前向散射闪烁相关法测量光传播路径横向风速廓线

光传播路径横向风速风向的准确测量,对于科学研究和工程应用都具有重要意义。哈特曼传感器用来接收光波大气传输前向散射的波前和光强信息,提出利用哈特曼传感器接收的前向散射光强闪烁相关信息,实现路径横向风速廓线测量的方法。理论推导给出了光传播路径上横向风速分段反演的公式。根据不同的子孔径间距路径权重函数的差异,针对不同子孔径间距对路径不同位置的敏感性,分析了如何合理的选取光传播路径横向风速廓线的权重函数。利用哈特曼传感器开展了水平1 000m光传输路径横向风速的探测实验。初步研究结果表明,哈特曼传感器测量的路径横向平均风速与接收端附近的风速计测量的结果具有较好的一致性;得到的两段路径横向风速的分布在随时间的变化趋势上一致性较好,特殊的下垫面布局使得靠近光源的第一段路径与靠近探测器的第二段路径的平均横向风速分别为1.273和0.952m·s-1。将第二段横向风速与路径横向平均风速的测量结果进行了相关性分析,具有一致的变化趋势,两者的相关系数达0.86。

Shack-Hartmann传感器用于湍流大气横向风速的测量

分析了利用Shack-Hartmann波前传感器子孔径对之间光强信号的时间延迟交叉相关函数,进行光传播路径上横向平均风速测最的基本原理,给出了横向平均风速的计算公式,并进行了水平1 km湍流大气实验测量。实验结果如下:不同子孔径对同时测量的横向风速相关系数达0.988;将多对子孔径对测量的结果取平均,与接收端附近布置的风速计测量的横向风进行了对比,发现两系统的测量结果在随时间的变化趋势上具有较好的一致性,两次实验拟合的相关系数分别为0.848和0.820,标准偏差分别为0.372和0.376。以上结果表明,将Shack-Hartmann波前传感器用于横向平均风速的测量是可行的,拓展了该传感器的使用功能。