海上大气信道可见光通信波长选择

针对海上可见光通信波长选择的问题,分析了影响海上可见光通信的背景光模型和大气湍流信道模型,分别得出了两者对可见光通信质量产生影响的关键因子。根据背景光模型公式与Gamma-Gamma大气湍流模型公式,计算推导出在强光背景和大气湍流同时影响下的可见光通信误码率。对3种条件下可见光通信系统进行了仿真,得出了在不同通信距离、折射率结构参数、视场角条件下,光源波长与误码率的相关关系。该关系的明确,为海上可见光通信光源波长选择提供了理论依据。

利用气象火箭探测资料估算戈壁地区高空折射率结构常数廓线

大气光学湍流严重影响光学系统的正常工作,大气折射率结构常数C^(2)_(n)廓线的获取是计算大气湍流影响效应的基础,而目前C^(2)_(n)廓线的实测与估算通常限于平流层底部以下,对于平流层中部以上的C^(2)_(n)廓线则研究较少。为了研究更高高度的C^(2)_(n)分布特征,利用戈壁地区气象火箭探测获取的常规气象参数,以30 km为界分两层估算了C^(2)_(n)廓线,在30 km以上,探索性地尝试了基于Tatarskii公式的参数化方案。研究结果表明:在30 km以下,估算的C^(2)_(n)数量级和变化趋势与历史数据较一致;在30 km以上,在假定满足均匀各向同性理论情况下,估算的C^(2)_(n)随着高度增加整体呈减小趋势且变化平稳,平均数量级从10-20减小到10-23。由于目前关于湍流的理论基础还不够完善,因此本文对30 km以上C^(2)_(n)的估算还仅仅是探索性的尝试,但为认识平流层以上C^(2)_(n)特性提供另一种思路与参考。

近地面折射率结构常数的长期测量和统计分析

统计分析了 1997～ 2 0 0 0年合肥地区一复杂地形处近地面折射率结构常数 C2n 的测量数据。给出了不同下垫面、不同季节、不同高度上 C2n 的统计结果。白天 C2n 强弱依次为 6月、5月、4月、9月、1月。白天水面上 C2n 比草地上小 ,夜间比草地上大。不论白天还是夜晚 ,近地面 C2n都随高度递减 ,且 3～10 m高的 C2n 递减较慢 ,10～ 15 m高的 C2n 递减较快。C2n随月份的日变化与模式计算结果基本一致。

同步测量大气湍流折射率结构常数和内尺度的光学方法

基于不同波长的光闪烁,采用修正的大气湍流Hill谱模型,提出了一种同时反演大气湍流内尺度及折射率结构常数的方法.假定内尺度在某一个范围内取值,对于不同波长的闪烁指数,如果当内尺度取某一定值时,由光传输理论计算的C2n(λ1,...)和C2n(λ2,...)相等,反演成功.根据此原理设计了三波长闪烁计并在某地进行了外场测量.近地面大气湍流的内尺度一般在2～10 mm之间,且随折射率结构常数(其量级为10-16～10-13)的变化而变化,两者之间存在一定的正相关;任意两波长组合进行反演得到的内尺度(或折射率结构常数)值具有自洽性,其相关系数的最小值为0.81,因此证明了该方法的可行性.

基于Optiwave的脊形SiGe-OI光波导结构设计

利用有效折射率的数值解法,计算出了SiGe-OI脊形光波导的有效折射率.通过对SiGe-OI光波导结构参量的理论分析和计算,得到了SiGe-OI脊形光波导传输单模光波时内外脊高H,h及脊宽W的尺寸.通过Optiwave软件对SiGe-OI脊形光波导进行建模仿真,验证了理论分析和计算的正确性.

激光雷达测量大气湍流廓线

介绍了一种利用成像激光光斑测量大气湍流廓线的激光雷达原理。通过对分层大气湍流的光束波面变化的测量,获取各分层大气湍流的相干长度,据此利用平面波近似算法反演湍流强度廓线。通过搭建的大气湍流廓线激光雷达实验系统获得了湍流廓线的实验数据,并且与系留飞艇搭载的温度脉动仪在同时段固定高度进行了对比实验,验证了近似递推算法的可行性。最后对实验中出现的误差进行了讨论。

超声波法测量大气折射率结构常数

用AMK-02型超声波大气参数综合测量仪同时测量了常规气象参数和大气折射率结构常数C2n,分析并找出了该仪器给出的C2n在转换时刻与热丝温度脉动仪的测量结果差异较大的原因,是由于超声波法测量温度脉动精度太低,只能达到0.01 K。同时建立了另一种适用于超声波仪计算C2n的方法,即利用该仪器准确的常规气象参数计算C2n,其计算结果与热丝温度脉动仪的测量结果吻合较好。

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%。

用常规气象参数估算光学湍流廓线方法的比较

采用美国SPARC数据中心提供的高分辨率无线电探空数据,运用Tatarski公式,对由外尺度或湍流能量耗散率结合常规气象参数估算的折射率结构常数结果进行了比较,间接证明了Sterenborg将外尺度选取1 m时的合理性。并比较了Coulman和Dewan两个外尺度经验公式估算的折射率结构常数。对比分析表明:利用外尺度或湍流能量耗散,结合常规气象参数,都能够估算出折射率结构常数。因湍流能量耗散率观测十分困难,该方法的合理性和代表性需待实验检验。Coulman的外尺度公式只是简单的经验公式,其普适性也需实验检验。而Dewan的外尺度公式中含有实测风速参数,由对流层和平流层不同区域的外尺度公式估算的折射率结构常数相对合理。

湍流气象探空仪的研制及其性能分析

最新研制的湍流气象探空仪是将温度脉动仪附加在常规气象探空仪上,实现了两路折射率结构常数、温湿压常规气象参数、温度谱等测量。通过在合肥和长春的实验表明该系统具有较高的测量精度和稳定性,在高空低温动态条件下探空仪系统噪声与温度脉动仪地面常温静态条件下的噪声相当。探空系统噪声引起的等效折射率结构常数小于2×10-18m-2/3。能服务于激光传输、大气质量评价及天文台选址等相关领域对大气光学湍流研究的需要。

戈壁地区折射率结构常数高度分布的统计特性

通过以系留气球和探空气球为平台的方式,搭载温度脉动仪在戈壁地区对大气折射率结构常数开展长期测量。对获取的实验数据开展统计分析,探讨了在白天与夜间折射率结构常数的平均情况、高度分布、偏度与峰度、季节的强弱特性等四个方面的内容,结果表明:在测量地区,随高度分布的大气折射率结构常数在白天和夜间的算术平均值和对数平均值的比值会有较大的差异,并且白天和夜间的对数平均值和标准差系数随高度分布各有其特点,表现在随高度整体减小的同时会有起伏出现,尤其是夜间;白天和夜间的偏度与峰度主要表现出右偏和尖峰特性,在高度分布上有所不同;季节变化对湍流的强弱分布产生明显影响,集中体现在中性湍流和弱湍流分布情况随高度发生交互变化。

近海面光学与微波波段大气折射率结构常数比较分析

大气湍流的变化影响红外和雷达波的传输,红外波段和微波波段在近海面受大气湍流的影响不同。折射率结构常数表征大气湍流强度,本文对近海面大气环境下的光波段和雷达波段传输的湍流强度做了理论计算和仿真分析,结果表明,在近海面气象条件下,各种光波长湍流强度比较接近,且大于微波波段湍流强度;光波段和微波波段湍流强度都随气海温差增大而增强。

圆屋附近大气折射率结构常数的空间分布

通过两点温度脉动法,测量了孤立建筑物圆屋附近不同位置的折射率结构常数,对比分析了气象塔8.0,6.0 m高度处的折射率结构常数。结果表明:圆屋附近8.2,8.5,9.0 m高度处的折射率结构常数要比非圆屋附近同高度的结果大;距离圆屋等距离垂直方向的折射率结构常数大于水平方向的测量结果;因此将圆屋附近认为是近地面的假设不成立;圆屋附近温度谱幂率基本符合"-5/3"定律。

改进涡流分级机转笼通道结构提高分级性能

在涡流分级机转笼通道中心加装窄叶片使产品分割粒径减小，分级精度提高．转笼径向叶数较少时加装效果明显，径向叶片数多时效果不明显．分析指出，这是减小了转笼径向叶片间惯性反旋涡强度的缘故．

大口径闪烁仪和涡动相关仪测量大气折射率结构常数的比较

利用大理国家气候观象台大口径闪烁仪(Large Aperture Scintillometer,LAS)和涡动相关系统(Eddy-covariance System,EC)在洱海湖滨农田下垫面的同步观测资料,初步分析了两种仪器测量大气折射率结构常数C2n的异同特征。结果表明,两种仪器测量的C2n具有较好的相关性,相关系数达0.73。LAS测量的C2n数量级为10-17~10-14m-2/3,EC测量的数量级为10-16~10-13m-2/3。在典型晴天、多云和阴天条件下,两种仪器测量的有植被水田和无植被旱地的C2n均表现出明显的日变化特征,日出后1 h和日落前1 h左右出现最小值,中午前后达到最大值,而且这种日变化趋势基本一致。测量结果在数量级上的差异是由测量高度、测量方法、仪器噪声、天气状况、风速风向、净辐射通量和大气稳定状态等因素造成的。

基于拉盖尔-高斯光束的单光子捕获概率研究（英文）

单光子源通常采用基于高斯光束的高度衰减激光脉冲,假设激光束具有初始高斯时域脉冲波形和TEM_(01)模拉盖尔-高斯空域分布.基于折射率起伏的Rytov近似和修正von Karman谱模型,研究了大气湍流对星地量子通信单光子捕获概率的影响;建立了上行信道和下行信道的单光子捕获概率理论模型;针对低轨卫星-地面站间激光链路,对单光子捕获概率进行了分析.结果表明:上行信道的单光子捕获概率强烈依赖于地面折射率结构常数C_n^2(0),且随着C_n^2(0)的增加而减小;然而,下行信道的单光子捕获概率并不依赖于C_n^2(0),即大气湍流对其没有影响.

湍流廓线激光雷达的数据处理方法

湍流廓线激光雷达是近十年出现的测量大气湍流强度廓线的新技术,目前数据处理已成为该技术的关键环节。对湍流廓线激光雷达的数据处理方法进行了详细地描述,重点研究了双光斑图像背景阈值计算方法与大气湍流强度廓线反演算法。比较了迭代法、最大类间方差法和统计法三种背景阈值计算方法分别在强信号与弱信号下的计算结果,得出统计法是比较适合双光斑图像的背景阈值计算方法。在背景阈值计算的基础上对图像进行分割并计算得到双光斑的质心距,统计多帧图像的质心距起伏得到达角起伏方差。然后利用HV-21模型模拟了从到达角起伏方差反演大气湍流强度廓线的算法,所得结果与原始值大小相近、整体变化趋势一致,但是不能反映原始值的细节变化趋势。

焦化蜡油结构族组成的预测

提供了焦化蜡油的部分物性分析数据，并对焦化蜡油的结构族组成进行了分析研究，提出了用焦化蜡油的碳氢原子比（Ｃ／Ｈ）、密度和折射率来预测焦化蜡油结构族组成的方法，并与ｎｄＭ法进行了比较，结果表明该预测结果优于ｎｄＭ法。

近地面层大气折射率结构常数的模式研究

运用Bulk方法对东南沿海和合肥一水库附近的折射率结构常数进行了估算,为避免海边海盐对金属丝的污染,用高精度超声风速仪替代温度脉动仪测量折射率结构常数。模式主要输入的参数有气温、地表面温度、湿度、风速及测量点高度。结果表明:运用Bulk方法估算折射率结构常数是可行的,相似性函数分别采用Frederickson公式与Thiermann公式,差别不大;直接测量海面上折射率结构常数比较困难,通过输入海表面温度、海面上的粗糙度长度以及适合的相似性函数,可用于估算海面上的折射率结构常数。

湿度起伏对可见光波段C_n^2影响的再研究

用Li7500 CO_2/H_2O分析仪直接测量了近海边湿度起伏数据,结合温度脉动仪和超声风速计测量的数据,计算出湿度、温度和温湿相关项的结构常数,研究了湿度起伏对C_n^2的影响。结果表明:对于可见光,相对于温度起伏而言,湿度起伏和温湿相关项的贡献都很小。实验期间不论是白天还是夜晚,都有与Kolmogorov-5/3谱相近的温度谱和湿度谱存在,并且,在低波数区出现-1次方谱幂率,绝大部分湿度谱幂率值处于-5/3±0．2的区间内。