激光雷达大气波导折射率与消光系数研究

利用激光雷达探测大气波导具有抗电磁干扰能力强、保密性高、机动性强等优点,大气折射率和消光系数是激光传输情况的重要参考指标.文中采用激光后向散射式测量仪对1.064 μm波长激光大气传输的消光系数进行测量,并同步测量温度、湿度和大气压强来测量大气折射率,用实验数据和仿真研究激光雷达传输消光系数与大气折射率之间的相关性,结论表明二者之间存在线性关系相关,可为激光探测技术提供理论和实验参考.     

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.     

基于NOAA模式的典型地区大气湍流高度分布

研究大气传输问题中的大气湍流主要是研究湍流所造成的折射率随机变化规律。大气折射率结构常数Cn2是表示大气光学湍流强度的一个重要参数。主要利用温度脉动探空仪对大气折射率结构常数Cn2在合肥和北京两个典型地区进行了实地探测及计算分析,同时根据两个典型地区相应气象站点常规气象探空资料统计分析数据,通过NOAA模式得到大气湍流高度分布廓线,并与HV模式廓线和实际测量数据进行对比验证分析,为其他不同典型地区大气湍流模式分布特性的研究提供方法验证和参考依据。     

大气湍流对舰载激光通信中光能量分布的影响

针对激光在洋面上大气湍流中传输时,光能量分布发生变化,影响激光通信质量。本文基于大气光通信信道模型,对激光在大气湍流中的传输进行模拟,分析大气折射率结构常数、传输激光的波长,传输距离对光能量分布的影响,并用MATLAB对其影响进行了数值模拟。结果表明：在仅考虑大气湍流对激光传输影响的条件下,传输激光的波长对光能量分布具有重要影响。     

成像型激光探测系统作用距离研究

作用距离是激光探测系统设计首要考虑的内容。以成像型激光探测系统为技术背景,分析了激光在大气中的传输效应,得出了光束传输与大气参量如大气能见度和折射率结构常数的关系式。进而考虑大气闪烁对激光瞬时分布的影响,综合孔径平均效应推导出了系统在一定探测概率时,用最小探测功率或最小照度表示的作用距离模型。并结合典型实例,数值模拟了接收功率与探测距离的定量关系。计算结果表明,灵敏度为毫瓦每平方厘米级的激光能够探测到一般战术情况下经过接收器平台附近的激光信号,从而为系统设计和研制提供了理论依据。     

合肥地区大气湍流随高度分布日变化特性分析

大气折射率结构常数C2n是表示大气光学湍流强度的重要参数.利用QHTP-2型温度脉动探空仪对C2n进行了实地探测,通过对大量探空实验数据的统计分析得出了合肥地区0～35 km高度C2n分布廓线和日变化特性,对合肥地区的大气湍流结构特性有了比较清晰的认识,研究结果为进一步进行湍流特征和大气性质的遥感探测及实际激光工程应用提供了有意义的参考.     

APD对湍流大气中激光的双重随机探测过程

为了研究雪崩光电二极管(APD)对大气传输后的激光进行探测时, 所受大气湍流效应及APD噪声的影响, 分析了激光在湍流大气中传输、APD对激光探测两个过程, 结合APD的探测原理, 建立了指数威布尔-高斯双重随机过程模型。通过实验测量了不同信噪比、不同大气湍流下APD输出电流的概率密度, 对探测距离不同、接收口径不同的情况进行了仿真。结果表明, 接收信噪比为2, 5, 10时, 光强分布方差分别为0.5354, 0.3565, 0.2781, 偏移量分别为0.05, 0.0109, 0.0029;大气折射率结构常数为2.5×10-15, 3×10-14, 4.9×10-14时, 方差分别为0.1198, 0.2781, 0.4035, 偏移量分别为0.0002, 0.0029, 0.0039;双重随机过程模型可准确描述经过大气传输的激光被APD探测的过程; 探测器口径的变化对APD输出电流的概率密度影响不大, 而接收信噪比、探测距离、大气折射率结构常数的增大会使APD输出电流平均值较信号电流产生较大偏移、且离散程度加剧。该模型的建立对激光探测技术研究具有一定的参考价值。     

海上湍流对雷达波传播影响模拟研究

基于海洋大气近地层相似理论,给出了大气折射指数和微波波段湍流强度垂直廓线模型;基于一维Kolmogorov湍流谱,数值模拟随机瞬变大气折射指数,并将其叠加在大气折射率垂直廓线上,建立了海洋大气近地层考虑湍流影响的大气修正折射率垂直廓线模型.利用海面水文气象观测数据和美国海军高级传播模型,数值模拟了蒸发波导和湍流对雷达波传播和雷达探测性能的影响,发现:海洋大气近地层湍流在一定程度上增大了蒸发波导内雷达波传播损耗,减弱了雷达对海面目标的超视距探测能力;而在蒸发波导高度以上部分空域,湍流效应在一定程度上减弱了雷达波传播损耗;因此,在定量评估舰载雷达探测性能时有必要考虑蒸发波导和湍流的综合影响.     

大气湍流对激光传输的影响

为了研究大气湍流对激光传输的影响,以大气湍流的激光传输效应为基础,建立了激光到达接收面的光强分布模型.模型考虑了折射率结构常数、传输距离、发射面和接收面孔径以及湍流引起的光束展宽等参数,分析这些参数对接收面光强分布的影响,以此研究大气湍流对激光传输的影响,并提出降低湍流影响采取的措施.     

悬空波导的激光雷达探测能力个例研究

以无线电探空仪实测的悬空波导为例,开展了激光雷达对其探测能力的仿真研究.通过振-转拉曼散射信号测量大气湿度,纯转动拉曼散射信号测量大气温度.再结合探空仪测量的大气压强,计算得到大气折射率.在拉曼激光雷达系统的四个探测通道中加入了泊松分布的信号起伏,以符合真实测量过程.仿真结果表明:对于较弱的悬空波导,中型激光雷达系统对其具有较好的捕获能力.基于蒙特卡洛方法研究了几种时空分辨率下激光雷达探测该悬空波导的辨识概率、波导层厚度及波导强度.     

海面上行星边界层微结构的探空测量

用自行研制的探空仪于1999年6月在东海进行了探空实验，得到了海面上大气温度、湿度、气压、Cn^2廓线．资料分析表明：800m以下海面上温度的日变化不超过3℃，逆温强度较弱．当纬度增加1℃，海表面气温减少1℃。Cn^2随高度迅速下降，从海表面直至500m达到相对小的区域，在500～2000m高度内c^2n基本上保持不变。湍流峰值往往出现在位温梯度较大的地方。并对海面上位温廓线日变化进行了数值模拟。     

典型地区大气湍流高度分布特性与模式研究

研究大气传输问题中的大气湍流就是研究湍流所造成的折射率随机变化规律。大气折射率结构常数$C_n^2$是表示大气光学湍流强度的一个重要参数。利用新型温度脉动探空仪对大气温度、气压和$C_n^2$在合肥、北京和库尔勒等典型地区进行实地探测, 结合全国不同地区气象站点的常规气象探空资料进行统计分析,得到不同典型地区常规气象参数随高度分布特性,为大气湍流预报模式的建立提供数据资料。选取广泛应用的大气湍流参数模式Hufnagel-Valley模式和NOAA模式,根据实际测量数据拟合得到不同典型地区大气湍流高度分布初步模式,将两种模式和实际测量数据进行对比验证分析,为不同典型地区大气湍流模式分布特性的研究提供方法验证和参考依据。     

固定式边界层风廓线雷达TR组件相关故障分析

固定式边界层风廓线雷达是一部上视、晴空探测脉冲多普勒雷达,能实时探测大气三维风场,能不间断地提供被探测高度范围内的大气水平风场、垂直气流、大气折射率结构常数等气象要素随高度的分布。对固定式边界层风廓线雷达的组成、原理进行了简单的阐述,并着重介绍了关于固定式边界层风廓线雷达TR组件相关故障的发现和排除方法。     

声波扰动激发湍流效应的研究

声波扰动能影响大气折射率结构常数，激发大气湍流效应.文章结合声波方程和Kolmogorov湍流模型的"2/3定律"，分析了声波激发功率和大气折射率结构常数之间的数值关系，分析了波长、温度和压强对大气折射率指数的影响.结果表明:压强的变化对大气折射率指数的影响最大，其次是温度，波长的影响最小.在标准大气压下，光波长为0.65 μm，声波扰动功率小于30 kW时，声波在距离声源1 m左右产生的大气折射率结构常数量级在10-17上下波动，属于大气弱湍流效应，表明声波扰动能产生湍流，激发湍流效应.     

大气折射率结构常数Cn^2高度分布统计特性分析

大气折射率结构常数Cn^2是表示大气光学湍流强度的一个重要参数,利用温度脉动探空仪对合肥地区大气折射率结构常数进行了长期连续的实地探空测量,对大量探空实验数据的统计分析得出合肥地区（0-25km）折射率结构常数随高度的分布廓线,并对其进行统计矩和概率分布的分析,研究表明合肥地区大气湍流随高度分布基本符合对数正态分布,昼夜变化量约为0．8个量级,大气折射率结构常数Cn^2的概率分布存在昼夜差异,白天的Cn^2比夜间的Cn^2峰值要大2个数量级。     

基于单片机的大气参数多路采集系统的设计

介绍了一种基于单片机的大气参数多路采集系统的设计方法.在高精度超声测风系统上增加一个采集模块,通过RS-485由计算机完成各测量点温度、湿度、风速、风向和大气折射率常数C2n的控制采集和数据传输.     

基于WRF模式预报的微波湍流特性研究

大气湍流对对流层内微波的传播具有重要影响,正确认识大气湍流的特性有助于提高电波传播模型预测的准确性和可靠性. 本文利用天气数值预报（weather research and forecasting,WRF）模式预测气象要素,计算微波波段大气折射率结构常数,研究对流层内大气湍流的时空分布特性,并探讨其与温度、相对湿度和修正大气折射率的变化关系. 研究表明:近海面微波湍流强度具有明显的日变化特征;对流层内微波湍流的垂向结构具有较为明显的分层;大气环境出现逆温减湿现象,湍流活动较强. 这些研究成果可为微波在大气环境中传播的准确预测提供理论支持.