大气非均匀路径中图像退化光学模型

均匀路径中图像退化光学模型广泛应用于大气中退化图像的复原,而对于斜程观测情况,视线路径中的光照和光学性质是非均匀的,即使在水平路径中也会面临不均匀的状况。从平面平行大气辐射传输理论出发,建立了非均匀路径中图像退化光学模型,并在典型大气、观测条件下对模型进行了仿真分析。结果表明,对于近水平观测,非均匀路径退化模型简化为均匀路径中的退化模型;当观测距离较小时,两个模型在表达形式上是一致的,并且相对于长波段,短波段更满足此结论;不同观测方向和太阳的方位角差对退化模型的影响只在于观测处背景光的不同;此外,退化模型依赖于近地面水平能见度。

非均匀自然路径距离参数的样条插值

提出用非均匀自然路径距离参数的三次样条函数近似表示任意曲线。这里三次样条函数中参数几何意义是沿曲线路径单调增长的距离。这种插值曲线的优点是容易按距离对插值后的曲线作任意分割。文中所附算例表明非均匀自然路径距离参数的三次样条函数的曲线表示是有效可行的。

非均匀湍流路径上光传播数值模拟的相位屏分布

针对非均匀湍流路径上光传播的数值模拟,研究了相位屏分布的三种不同设置方案,即均匀分布相位屏(UDPS)、等Rytov指数间隔的相位屏(ERPS)和等Fried参数间隔的相位屏(EFPS).结果表明,ERPS方案根据折射率起伏的强弱设置密疏相间的相位屏,实现了对不同折射率起伏区的充分采样,是非均匀路径上相位屏分布的首选方案.在满足相位屏间距基本要求的前提下,决定相位屏间隔的Rytov指数间隔的选取具有较大的任意性,统计结果显示,尽管相位屏间Rytov指数变化超过一个数量级,但光束有效半径、能量Strehl比的变化均小于2.1%,模拟结果与理论结果符合很好,表明了ERPS方案的可靠性和稳定性.

非均匀湍流路径光传播数值模拟中相位屏间C_n^2的选取

针对非均匀湍流路径光传播的数值模拟,为减小相位屏间湍流强度均匀的假设所引起的模拟误差,数值分析了五种选择相位屏间折射率结构常数Cn2的可能方案。通过计算平面波和球面波的Rytov指数和Fried参数,对比五种方案得到的Rytov指数和Fried参数与理论结果的相对误差。结果表明,当相位屏间C2n选择为相位屏间湍流大气实际的折射率结构常数的路径平均值时,模拟误差最小,该选择方案为相位屏间C2n选取的最佳方案;当根据相位屏间湍流大气的Rytov指数相等的原则来设置相位屏分布时,选择相位屏间C2n为两相邻相位屏处折射率结构常数的几何平均值时,在一定的误差允许范围内,该选择方案具有可取性。

相关K分布法在氧气吸收被动测距中的应用

为快速、准确地解算氧气吸收被动测距技术中氧气吸收率所对应的路径长度,对该项技术中氧气吸收率与路径长度的数学模型进行了研究。首先证明了不同温度压强下氧气吸收系数分布的强相关性,给出了吸收系数分布随温度和压强的变化规律;其次利用相关K分布法和曲面地球模型建立了实际非均匀路径上氧气吸收率与路径长度的数学模型;最后对提出的模型进行了理论分析与实验验证。结果显示:本文数学模型不仅能够很好地适应不同大气模式的变化,而且能够快速、准确地计算出指定路径上的氧气吸收率曲线和目标距离;平均数学模型下的相对测距误差为4.4%,消除背景减小测量误差后数学模型解算距离的相对误差仅为1%。结论表明:利用相关K分布法建立的数学模型能够很好地解决氧气吸收被动测距技术中的距离反演问题,可为被动测距技术的进一步优化和应用提供理论支撑。