Shack_Hartmann传感器用于湍流大气横向风速的测量

传感器

第

卷

第年月一

期

光一一

学

学

报

,

,

文章编号

一

传感器用于湍流大气横向风速的测量印文瑞苑娥朱越黄博饶中克,

中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学中心

合肥

摘要

分析了利用

一

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量的基本原理

给出了横向平均风速的计算公式。

,

并进行

水平

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,

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性,

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,

两次实验拟合的相关系数分别为

。

和

。

标准偏差分别为,

。

和

。

以上结果表明。

将

。

改

盯

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

关键词

湍流大气,

一

波前传感器文献标识码

闪烁相关

路径横句平均风速。

中图分类号

一

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一

引

言。

风速决定着光波起伏频谱的特征

对高能激光大气

湍流大气中横向风速的随机起伏是制约光波大气传输的重要因素之一对一般的激光传输横向,

传输

,

传输光路上的横向风速是决定热晕效应强弱一

的关键因素

’一

」

。

因此准确的测量光传播路径上的

收稿日期基金项目作者简介导师简介

一

一

收到修改稿日期一

一

一

中国科学院创新基金苑克娥饶瑞中一一,

资助课题

。

女,

,

博士,

主要从事激光大气传输的研究

。

一

、

,

男研究员

博士生导师主要从事激光大气传输前沿物理问题光辐射和图像的大气传输。

、

、

大气湍流的光学特性及光学湍流测量方法研究等

一

、

传感器

光

学

学

报

卷

横向风速显得极其重要

。

理,

论湍流冻结假说理论,,

通常对横向平均风速的测量有多种方法

最为

根据

空间某点某

普遍的是将多个超声风速计布置在传

输路径的不同位置,

个物理量的瞬时变化是由通过该点的大气运动由横向风速表征引起的略不计播,。

将各个风速计的测量结果求取平均从而得到,

而大气内部的运动可以忽,

横向平均风速、、

然而该方法无法实现特殊路径例微,

根据此假说和湍流大气光传播理论,

在弱

如海湖面上空或者飞机场跑道上空等的测量波雷达多普勒雷达通过测量到的空间三维风解到光路的横向方向从而得到横向风,

起伏条件下

波数为,

的球面波经过大气湍流传的两探测器上产生的’。

分

在距光源为,,

间距为

该技术的设,

光强起伏时空间交叉相关函数的表达式为

备造价及维护成本都比较高波路径上横向风速的方法「斗一

为了克服这些不足〕,

一

。

、

国外已有学者提出利用时空间闪烁相关法来反演光

一‘,

一断是球

对该方法报道的最式中二

犷

一

小

,

二

,

萨,。

多的是如何在理论上由时间延迟相关系数得到横向风速,

而对于实际大气的实验测量却少见报道,

。

为两探测器信号的时间延迟,

一,

本

面波的传播因子

是湍流空间波数电,,

表示

文在此理论方法的基础上

实现了

折射率起伏的三维功率谱密度

这里采用

波前传感器测量。

的横向风速的实验小,

谱的形式、,

即

仁〕

毖之

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,

具有较高的时间与空间分辨率仁,

,

能实时

式中

三

为离发射端距离为,

处的湍流大气的折,

地动态地对光波相位起伏和闪烁效应同时进行测量〕。,

射率结构常数

即湍流强度的大小

通常对于水平。

将每一个子孔径看作一定接收孔径的光强利用任意两个子孔径即可进行闪,

大气传输可以认为该参量在整个路径上为常数,

探测器

表示孔径滤波函数对接收口径为。,,

,

可以在一定程度上平

烁相关法横向风速的测量

换言之

,

通过将相同方,

滑小尺度湍涡引起的闪烁从而抑制闪烁饱和效应,‘一’〕。

向的间距相等的多对子孔径测量结果取平均横向风速的测量结果更加准确可靠。

使得

的圆形孔径二二

同时

,

。

、

可以提供与光路垂直平面内任意角度方向的路径平

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习,

均风速

,

从而为横

向风速的各向异性特征的后续分。

为消除湍流折射率结构常数的不确定性化时间延迟交叉相关函数,

引人归一即,’

析研究提供了宝贵的数据的基础上「〕,

该技术在苑克娥等提出。

将其定义为光强起伏的,

用于闪烁和相位起伏效应的同时测量的进一步拓展了的使用功能

时空间交叉相关函数与闪烁指数的比值

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…变波前采样分割为若干子波上形成一个光斑阵列根据电荷藕合器件所有像素的灰度值之和孔径内的相对光强值孔径透镜以及相应的,,,

。

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、

」

的微透镜阵列将人射到传感器内的畸

探测系统

统计任意两个子孔径的光强信号随时间,

分别会聚在其焦平面进行感光探测。

的起伏即可得到归一化时间延迟交叉相关系数。…… 此处隐藏：3241字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……