大气湍流折射率结构常数的测试技术

首先概述了大气折射率结构常数的基本概念和常见模型.然后详述了闪烁指教、到达角起伏等平均折射率结构常数的测试技术和热感探空仪、激光雷达、无源等折射率结构常数分布的测试技术及其研究动态.最后讨论了各种测试技术的特点.     

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。     

对流层散射传输损耗与大气折射率结构常数相关性研究

基于大气湍流非相干散射理论,采用泰勒方法对湍流谱函数进行近似,推导获得了对流层散射传输损耗与大气折射率结构常数的关系,即L-C模型;开展了对流层散射传播试验,基于WRF(Weather Research and Forecasting)数值模式对试验期间大气折射率结构常数进行预报;基于预报的大气折射率结构常数数据应用L-C模型预测对流层散射传输损耗,并与试验测试损耗值进行对比研究.结果表明,应用L-C模型预测的损耗值与实测值变化趋势吻合较好,均方根误差不超过6dB,并且传输损耗与大气折射率结构常数间的相关系数均大于0.7,表明了对流层散射传输损耗与大气折射率结构常数之间较强的相关性.这种对流层散射与大气折射率结构常数之间的相关性对于对流层散射传输的机理和建模研究都有重要意义.     

中国北方大气湍流中微波传播闪烁问题研究

从分析影响微波段大气折射率结构常数的因素人手,考虑了温度和相对湿度对这一波段大气折射率结构常数的影响,建立了我国北方地区微波段大气折射率结构常数C2n模型,并以此模型为基础分析和推导了K-Ka波段的平面波在湍流大气中水平和斜程传输时的闪烁指数.研究表明:温度和相对湿度对微波段大气折射率结构常数有一定的影响,但湿度影响相对较小;同时在其它条件不变的情况下,和光波段一样,湍流的内尺度、传播高度、路径天顶角对微波段闪烁指数均有一定的影响.     

湍流大气中光波闪烁的斜程问题研究

根据光波斜程传输理论以及随高度变化的ITU－R湍流大气结构常数模型,将水平传输的修正Rytov方法扩展到了斜程传输问题中。在零内尺度湍流谱模型下,得到了平面波入射时从弱起伏湍流区到强起伏湍流区闪烁指数随斜程Rytov方差的变化规律,最后讨论了闪烁指数随天顶角的变化情况。     

测量折射率结构常数和内尺度的三波长激光闪烁仪

研制了一种便携式三波长激光闪烁仪,使用473 nm、532 nm和671 nm三个波长实现了大气湍流内尺度和折射率结构常数的同步测量.该仪器包含发射系统和接收系统两部分:发射系统由激光器、挡光器和远程无线控制器组成;接收系统包括探测器和数据采集器.仪器的噪声分析表明:系统可测的折射率结构常数的精度为1.0×10-16m-2/3.对三波长的相关性分析证明了利用该闪烁仪反演内尺度的可靠性,同时将三波长激光闪烁仪和温度脉动仪测量的折射率结构常数进行了对比,发现两者的相关性系数为0.95.     

激光大气折射率结构常数测量实验与分析

在相距600 m的两地进行了静态激光大气传输实验,并对接收到的光强和光束到达角起伏进行记录.以每10min所记录的数据作为样本,计算出光强起伏方差和到达角起伏方差,并根据理论孔径平滑因子计算出点接收时的光强起伏方差,再分别根据光强起伏方差和到达角起伏方差计算出大气折射率结构常数.最后,得到一天之内大气折射率结构常数的变化曲线,并分析得出大气折射率结构常数在早晨和傍晚存在极小值.     

测量大气折射率结构常数的大口径激光闪烁仪

基于光闪烁的孔径平均效应,研制了测量大气折射率结构常数的大口径激光闪烁仪(LALS)。该仪器在一定程度上实现了闪烁饱和现象的抑制。仪器采用对称式结构布局,同时采用调制解调方法提高信噪比,并以嵌入式控制单元完成对数据的采集、处理、显示和存储。与传统仪器设备的测量结果相比,在1000m的水平传输路径上两者的线性拟合系数为1.01,相关系数为0.92;进一步分析表明,大气湍流内尺度会对闪烁方差的测量产生影响,从而导致大气折射率结构常数的测量结果略显离散。     

地铁屏蔽门条件下隧道湍流场的微波折射率结构常数建模

地铁隧道内的湍流会造成空气折射率的随机变化,进而影响到隧道环境无线通信的质量。湍流的强弱可以用折射率结构常数来表征。文章基于流体力学基本原理,推导了地铁站区安装屏蔽门条件下的隧道活塞风速公式,并结合Tatarskii估算方法,建立了一种适用于不同地铁运营状况的隧道微波折射率结构常数模型。仿真分析可知:地铁运营高峰期的隧道折射率结构常数较小,隧道阻塞比和列车速度对隧道折射率结构常数影响较大,安装地铁屏蔽门能够在一定程度上降低隧道折射率结构常数。该模型为研究微波在地铁隧道湍流环境下的传播特性提供理论参考。     

差分像移大气湍流廓线激光雷达的研制

大气折射率结构常数在自适应光学系统、天文观测以及大气湍流模型等研究领域都有着重要的意义。基于差分像移的大气湍流廓线的测量原理,研制了一套距离分辨的大气湍流廓线激光雷达。差分像移湍流廓线激光雷达相比传统湍流测量技术对仪器误差,比如震动和离焦不敏感,可以对目标进行实时的主动探测,并能够得到测路径上随距离分布的大气湍流廓线。介绍了差分像移湍流廓线激光雷达的基本原理与系统结构,利用该湍流廓线激光雷达进行了外场探测实验,探测距离信号发射点200~8 000 m的目标大气,距离分辨率为200~1 000 m,共13个采样点。采用50 Hz帧率的ICCD相机获取信号,每个采样点测量20 s,获得1 000张图像,计算出对应的差分像移,并进一步反演出对应的折射率结构常数,得到了大气湍流的距离分布廓线,最后对实验的结果与过程进行分析,验证了该激光雷达系统的功能性。     

激光雷达斜程能见度的一种探测方法及其分析

提出利用激光雷达多仰角探测方法对大气斜程积分能见度测量的方案.该方案以大气光学厚度替代传统的利用大气消光系数分布求解斜程能见度,从而克服了在低能见度下,由于大气多次散射,斜程能见度难以测准的缺点,提高了探测精度,为飞机起飞着陆提供了较为准确的气象参数.利用Monte-Carlo方法模拟计算了3种大气消光分布情况下采用该方法测量的积分能见度.结果表明：在激光探测区域内和垂直高度相同的大气消光分布均匀的假设条件下,只要在设计激光雷达时,恰当选择系统参数（如激光脉冲能量、积分累计时间、窄带滤光片带宽等）使得信噪比满足一定的条件,该方法是可行的,且能见度探测误差不超过4.3%.     

对流层散射双向时间比对中对流层斜延迟实时估计

对流层斜延迟是对流层散射双向时间比对中一个重要误差源,该文提出一种对流层散射双向时间比对中对流层斜延迟实时估计方法。通过GPT2w模型计算测站气象数据,克服对流层斜延迟估计中对实时气象数据的依赖。针对Hopfield模型中固定的对流层散射顶层高,利用几何方法计算动态对流层散射顶层高,以解决对流层散射双向比对的实际应用问题。选取日本地区3个测站,两两进行比对,在验证Hopfield模型精度后,计算3组比对站在不同入射角和不同时间的对流层斜延迟。计算结果表明,对流层散射双向时间比对中对流层斜延迟呈现出随比对距离增大而增大,随入射角增大而减小的特性,并且四季变化特性也比较明显。3个比对站的对流层散射斜延迟10~35 m之间,经比对抵消90%后的时间延迟为3.5~11.8 ns。     

低仰角下对流层散射斜延迟估计方法

对流层斜延迟是对流层散射双向时间比对系统的主要误差来源,目前尚未有对系统中对流层斜延迟进行精确估计的模型。为精确估计斜延迟,引入电磁波射线描迹法,并利用Hopfield天顶延迟模型中折射率计算方案改进描迹法,以克服该方法对探空数据的依赖。首先,根据北纬35 ~37范围内的3个测站2010~2012年的实测气象数据和天顶延迟数据,验证 模型精度范围小于35 mm;然后,将3个测站按相互基线距离的不同分为3组比对站,利用改进后的模型结合2012年的气象数据,计算了在0~5入射角下,一年的斜延迟,并得出最大斜延迟对应的年积日和入射角。计算结果表明,3组比对站的最大单向斜延迟为24.94~45.37 m。在双向比对抵消90%的情况下,时间延迟为3.1~5.7 ns;相互抵消95%时,时间延迟为1.5~2.9 ns。     

利用米散射激光雷达获取湍流信息的方法研究

介绍了采用米散射激光雷达测量湍流信息的理论原理,分析了现有AML-2米散射激光雷达进行实验探测的可行性,并于2009年3月15日在水平方向上开展了初步实验.从回波信号曲线及数据分析结果来看,AML-2激光雷达探测湍流的有效距离为300～820 m;归一化光强起伏方差即闪烁指数数值在0.001～0.1之间,且随距离增加而...     

激光实际大气传输湍流效应相位校正一些实验结果

进行了近地面水平大气中激光传输湍流效应及其自适应光学相位校正实验，对光束振幅起伏、到达角起伏及其远场Strehl比进行了测量分析。实验结果表明，光束到达角起伏功率谱在低频段（f＜0．4υ／d）近似地满足-2/3次幂关系，而在高频段（f＞0．4υ／d）则近似满足-8／3次幂关系。在较弱湍流效应情况下时数振幅起伏方差小于0．3），相位补偿是有效的，而在较强湍流效应树数振福起伏饱和）时，自适应光学系统常常不能实现稳定闭环。由于传输场景地形复杂，湍流效应及其相位校正效果定量规律的描述还需进一步研究。     

实际大气中激光闪烁的频谱特征

以５线段拟合法建立了确定湍流大气中激光对数光强起伏频谱的无标度区间的方法。根据无标度区间的标度指数与起伏强度的关系发现：频谱特征在冬季和夏季明显不同,标度指数在大部分情况下与局地均匀各向同性湍流介质中的光传播理论结果存在较大差别。     

广州广电无线覆盖工程研究

对广州广电无线覆盖的现状进行了分析,并选取适当的电波传播模型对无线覆盖工程进行模拟测试、探讨和研究,对其未来的发展提出建议,提高了该地区无线覆盖工程规划工作的科学性、准确性和可靠性,同时也为同行提供了有效的参考依据.