大气湍流强度廊线的光学测量方法研究

• 作 者: 倪志波
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院研究生院 中国科学院大学
• 发表日期: 2010年期

大气湍流强度的廓线分布是激光大气传输研究和分析大气湍流对光电工程影响的最重要大气光学参数之一。本文对比分析了常用的湍流强度廓线光学测量方法,并针对多孔径闪烁测量技术和基于闪烁效应的激光雷达测量技术进行了深入研究。具体工作如下:　　
1)分析了孔径滤波函数、大气湍流高度分层模型和光谱响应函数等对多孔径闪烁测量技术的权重函数的影响。以加入随机噪声的模拟闪烁指数为对象,研究了大气湍流强度廓线的反演方法；用Hartmann波前传感器存水平方向上的实验数据,对反演方法进行了检验。　　
2)在不同湍流条件下,研究了光在随机非均匀介质中传播时,被不同尺寸反射体反射后的光强起伏问题。分析了点散射体的后向散射光波经湍流大气介质后,被不同尺寸孔径接收时的残余闪烁效应,以及接收孔径对光强起伏的平滑效应,并将结果推广到了离散散射体的情况。　　
3)研究了弹性散射激光雷达中微孔光阑对气溶胶和湍流回波光斑的平滑效用,分析了从激光雷达回波信号中提取湍流信息的可行性。利用微脉冲激光雷达和AML-2车载激光雷达分别在水平和竖直方向进行了实验,采用不同方法对实验数据进行了处理,得到了折射率结构常数在传播路径上的分布状况,及其日变化趋势,并将它们分别与相关仪器的测量结果进行了对比。针对各种数据处理方法所得结果的差异,总结了现有激光雷达用于湍流强度测量时存在的不足。　　
4)提出了用于湍流强度测量的激光雷达需要满足的技术指标,并根据两套不同的系统参数,模拟了回波信号及其信噪比随传播高度的变化。最后,对激光器、望远镜和探测器等激光雷达的主要硬件组成部分的选择进行了初步分析。