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长距离光传播路径中大气相干长度的测量研究
康丽,朱文
红外与激光工程 , 2015,
Abstract: 基于大口径闪烁法和差分到达角起伏法开展了间距为3.95km近水平路径的大气相干长度测量实验。测量结果表明:在同路径的上下行光传播方向上,闪烁法测量相干长度的相关系数为0.94,而到达角起伏法测量相干长度的相关系数为0.79。路径权重的理论分析揭示了闪烁法对路径中部的湍涡敏感,且路径权重函数关于路径中部呈对称分布;到达角起伏法对接收端附近的湍涡敏感,其路径权重函数从发射端到接收端呈单调递增趋势。因此,实际的长距离光传输实验中,在不能确定路径中湍流强度分布的情况下,采用闪烁法测量路径上的湍流效应更适宜。
利用闪烁和漂移效应测量大气折射率结构常数的对比分析
马晓珊,朱文,饶瑞中
强激光与粒子束 , 2007,
Abstract: ?在近海面大气边界层中进行了1km路径的水平光传输实验,结果表明:利用闪烁和漂移效应推导的大气折射率结构常数之间存在着较大的差异。定量的理论分析揭示了两者不一致的原因在于:闪烁效应主要对路径中部的小尺度湍涡敏感,漂移效应则对发射端附近的大尺度湍涡敏感;随着内尺度变大,漂移效应测量的折射率结构常数将大于闪烁效应测量的折射率结构常数,当内尺度达到20mm时,前者的测量结果是后者的3倍;当外尺度变小时,漂移效应的测量结果小于闪烁效应的测量结果,当外尺度仅为1m时,前者的测量结果为后者的1/2;大气折射率3维功率谱的幂律的变化对测量结果的影响非常大,当幂律大于-11/3时,闪烁效应测量的折射率结构常数大于漂移效应测量的折射率结构常数,最大差异接近于25倍,当幂律小于-11/3时,漂移效应的测量结果大于闪烁效应的测量结果,两者的差异甚至可达两个量级。
海面大气边界层中聚焦光束漂移各向异性的实验研究
马晓珊,朱文,饶瑞中
强激光与粒子束 , 2006,
Abstract: ?利用位置敏感型光电倍增管(pspmt),设计了测量聚焦光束漂移的实验装置。该装置在80mm的有效探测面内实现了2维位置信号的直接探测,空间分辨率可达1mm,明显优于四象限探测器和阵列探测器,最高采样频率可达80khz,且动态范围很大,优于一般的成像器件。在近海岸海面上5m处的大气边界层中进行了距离为1000m的聚焦激光传输实验。测量结果表明:聚焦光斑的质心漂移具有各向异性,水平方向光斑漂移幅度一般介于5.61mm和14.83mm之间,垂直方向光斑漂移幅度介于3.54mm和7.3mm之间,两者之比的平均值为1.69;水平方向和垂直方向的光斑漂移功率谱密度(psd)在低频段也存在差异,垂直方向光斑漂移的psd比水平方向光斑漂移的psd下降速率更快。
漂移对聚焦高斯光束闪烁影响的数值模拟
钱仙妹,朱文,饶瑞中
强激光与粒子束 , 2007,
Abstract: ?采用非自适应坐标变换对聚焦高斯光束在湍流大气中的传输进行了数值模拟,结果显示轴闪烁指数并没有出现如rytov理论所预言的随初始光束半径的增大而明显减小的现象,其原因在于rytov近似理论未考虑大尺度湍涡产生的漂移效应对闪烁的贡献。对比数值模拟结果与漂移理论结果以及相关实验结果,三者相吻合,表明未考虑漂移效应的rytov近似理论不能完全准确地描述聚焦光束的闪烁特征,在研究聚焦光束的闪烁时,应当考虑漂移的影响。
激光大气闪烁的分形分析
朱文,饶瑞中,梅海平
强激光与粒子束 , 2004,
Abstract: ?采用分形理论分析了激光大气闪烁的统计特征。研究结果表明:在弱起伏条件下,激光大气闪烁的分形维和奇异性随光强起伏的增强而增大,而其长期相关性则减小;不同fresnel尺度下具有相同闪烁指数的激光大气闪烁的分形特征存在着明显的差别;在强起伏条件下,有限的数据中尚未发现分形维有饱和现象,因此可以用来描述激光大气闪烁的强度。
激光大气闪烁的高频谱特性
朱文,马晓珊,饶瑞中
强激光与粒子束 , 2006,
Abstract: ?采用三波长闪烁仪进行了大气边界层的光传输实验,结果表明:在相同的传播条件下,非平面波激光大气闪烁功率谱的高频部分与波长存在着一定的关系,功率谱无标度区间的斜率即标度指数是一个与湍流强度、波长等因素有关的函数,在满足弱起伏的条件下,标度指数一般与波长呈负相关,波长愈长则标度指数愈小,频谱下降的趋势愈快;波长愈短则标度指数愈大,频谱下降的趋势愈慢。
湍流折射率谱型对大气闪烁和相位起伏功率谱的影响
苑克娥,朱文,饶瑞中
强激光与粒子束 , 2010,
Abstract: ?基于taylor湍流冻结假设理论,在不同湍流折射率谱型条件下,推导得出了光波闪烁和相位起伏频谱的表达式;数值计算了湍流谱型中折射率标度指数、内尺度以及外尺度变化时对光波频谱的影响。结果表明:随着折射率起伏标度指数的增大,闪烁频谱的低频段不再仅为常数,高频段下降的幂率逐渐增大,同时相位频谱在整个起伏频率段下降的幂率越来越大;湍流内尺度的增加将引起光波频谱的高频段下降的幂率越来越大;而随外尺度的减小,闪烁频谱低频段的振幅减小,这种影响在大口径接收时较为明显,相位谱的低频段幂率减小。
非均一地形近地层风速廓线特点及粗糙度的研究
郭凤霞,朱文,饶瑞中
气象 , 2010, DOI: 10.7519/j.issn.1000-0526.2010.6.014
Abstract: 在中性大气层结条件下,利用35m铁塔上五层不同高度处的有效风速,分析得到了非均一地形近地面层风速廓线特点及由粗糙元所决定的粗糙度。结果表明:(1)近地面层风速廓线一般符合对数风速廓线模式,其相关系数均大于0.985,标准偏差为0.04左右;(2)粗糙度的值为1.25m。但由于外界流体运动状态改变可引起粗糙度出现起伏,其变化范围较大,一般在0.038~4.903m,与风速之间的相关系数为-0.953。
大气折射率结构常数和湍流特征谱的计算
梅海平,饶瑞中,吴晓庆,朱文
强激光与粒子束 , 2003,
Abstract: ?分析了海面边界层大气湍流温度脉动的统计特征,结果表明:虚温的功率谱是随时间而演变的,表现在其标度指数随时间变化;比较了不同统计时间下计算的大气折射率结构常数,并根据大气状态的实时变化提出了一种计算折射率结构常数的变间隔时间平均算法。
探测大气湍流的光强闪烁激光雷达
崔朝龙,黄宏华,梅海平,朱文,饶瑞中
强激光与粒子束 , 2013,
Abstract: ?基于残余光强闪烁理论,分析了与大气湍流探测有关的激光雷达各项硬件参数并获得参数的优化范围,据此研制了一台用于大气湍流探测的光强闪烁激光雷达。背景基线、线性特征等性能测试表明,激光雷达各硬件工作正常,数据获取可靠。实验测量中获得了水平方向上闪烁指数和大气折射率结构常数随探测距离和时间的变化趋势,其中闪烁指数在450~2000m探测距离范围内由0.001逐渐增大至0.350左右;大气折射率结构常数基本保持水平均匀性,在1.0×10-16~1.0×10-15m-2/3范围之内;大气折射率结构常数在10:00~21:00时间内大致呈现上午上升、下午下降、晚上上升的变化趋势,具有较明显的日变化特征。实验结果与理论和常规测量较为相符,表明光强闪烁激光雷达能够获取大气湍流的探测距离变化和日变化特征信息。
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