湍流谱中高频"泵浦"对激光大气传输影响的数值模拟研究

当湍流不稳定时,在折射率谱的高频端会出现特殊的能量注入而形成狭窄的高频"泵浦(bump)",结构.采用数值模拟的方法研究分析了该高频bump结构的性质及其对激光大气传输的影响.数值模拟结果表明:高频bump的存在使得光强起伏功率谱的高频端出现了尖峰结构并伴有次频成分;随着折射率谱中bump强度的增大,光强起伏功率谱的高频端渐渐偏离-8/3幂律而下降速度减慢;高频bump还使得光束发生扩展,光束有效半径随bump强度的增大而先增大后减小最后趋于一稳定值,光束有效半径随bump宽度的增大而增大,最大的光束有效半径可以达到不存在bump时光束有效半径的数倍.     

1.315 μm波长冰晶粒子辐射特性的模拟研究

利用逐线积分法(LBL)计算得到了大气分子红外吸收信息,结合不同形状冰晶粒子的单次散射特性,通过离散纵标法(DISORT),模拟计算了由实心六棱柱状冰晶粒子组成的卷云在波长为1.315μm时的散射特性和辐射特性,定性分析了激光在卷云中传输时的衰减和散射规律与入射光的位置、卷云光学厚度、冰晶粒子有效尺度等参数的关系。与晴天大气相比较,卷云的散射明显改变了光辐射的空间分布,被其他传感器探测到的可能性增大,其结果对于激光测距、激光探测等有关工程设计方面有非常重要的参考价值。     

中国典型地区大气光学特性及其应用

大气的光学性质决定了大气辐射平衡;各种先进光电技术的应用场景绝大部分都位于地球大气层内或通过大气路径,相关光电系统的功能受到大气光学特性不同程度的影响.大气光学特性(包括地表的光学特性和天空背景辐射特性)是光波在大气中传播和大气辐射传输研究必需的基础物理性质,在气象、气候和天文观测等基础和应用研究以及自适应光学技术、自由空间光通讯等光电工程应用中具有十分重要的作用.中国的自然环境十分复杂,相应的大气光学特性不能简单的套用国际上其它地区的模式.应进行中国大气光学特性的区域划分,在各个典型地区进行大气光学特性的系统测量和数据分析,对有关大量气象和大气光学特性观测资料进行分析研究,获得各典型地区大气光学特性的统计特征,建立可用于辐射大气传输、光波大气传播研究、光电系统分析与设计等的我国各个典型地区的大气光学特性的统计平均模式,研制光辐射大气传输及其光电应用软件包.     

现代大气光学及其应用

简要介绍了现代大气光学的概念和内容,从大气分子吸收、大气气溶胶粒子光散射、大气湍流光学特性等方面阐述了现代大气光学的研究和应用状况。     

单幅雾天图像复原

 本文提出了一种单幅雾天图像分割复原的方法,首先利用黑体原理估计粗糙的大气光传输图,然后使用拉普拉斯修补矩阵对分割之后的传输图进行修补,当场景目标和大气光很类似时,采用置信传播推断算法纠正传输图,经过修补和推断之后的传输图能够准确反映光线通过雾的传输过程,结合雾天图像光学模型,从雾的物理特性上去除雾对图像的影响.实验结果表明,本文提出的雾天图像分割复原算法能够有效恢复出清晰图像,并能获取相应雾天图像深度信息.     

应用于图像复原的大气调制传递函数研究综述

大气的吸收和散射以及湍流效应是造成大气中长距离成像质量下降的主要原因,分析了导致图像恶化的大气因素和大气调制传递函数(modulation transfer function,MTF)。由于准确获取大气MTF是以大气MTF的图像复原技术研究为基础,较系统地总结了大气湍流和大气气溶胶的MTF理论结果,给出了可能的应用思路。     

激光在湍流大气中传播的高频起伏特征

激光在湍流大气中起伏的频谱特征对激光大气应用以及波前补偿系统有重要意义.当光束发散角很小或很大可作为平面波或球面波处理时,对于内尺度为零的局地各向同性湍流,对数振幅和相位起伏的高频功率谱密度呈-8/3次幂律.大气湍流的复杂性、激光束的特殊结构以及不同的传播起伏条件使这一结论不适用于一般情况,理论分析表明光波起伏高频特征与下列因素有关: 1) 接收口径.对于平(球)面波,随着接收口径增大,高频功率谱在低的频率上偏离-8/3幂律;当接收口径接近菲涅耳尺度时,高频功率谱完全呈现-11/3的幂律. 2) 激光束波型.当激光束不能作为平(球)面波处理时,主要取决于菲涅耳尺度与光斑半径的比值.对于内尺度为零的局地各向同性湍流,当该比值约小于1时,高频功率谱呈-8/3和-14/3两段幂律;当该比值约等于或大于1时,高频功率谱仅呈-14/3的幂律. 3) 湍流耗散区的谱特征.湍流内尺度是一个关键的参量,随着内尺度的增大和风速的减小,高频功率谱以越来越快的趋势下降. 上述结果得到了实验的验证,连续的实验观测表明:高频功率谱的幂律值也是一个起伏的量,反映了大气湍流的复杂性.(OG12)     

大气气溶胶等效吸收的研究

以强吸收性的煤烟气溶胶为例,分析了其等效吸收系数与反映粒子分布的荣格指数的关系,指出随荣格指数的增大,吸收系数呈现出先减小后增大的U形结构。对同一成分的气溶胶来说,小粒子的容热能力高于大粒子,随着大粒子的增多,延迟时间逐渐缩短。以光纤式迈克尔逊干涉的简易平台为基础,考察了镜面反射光经准直器端面的透射光和准直器端面反射光所形成的干涉光,在1.064m近红外平行光束垂直照射下的相位变化,利用相位变化量和等效吸收的关系,获取了晴天、雾天、纸张燃烧的薄烟雾及浓烟雾的大气气溶胶等效吸收的发展过程,测量灵敏度达到10-6m-1,分析了环境温度渐变引起的迈克尔逊干涉信号基线的飘移,为气溶胶吸收过程的详细研究和吸收系数的实际测量提供了试验基础。     

更新升级的通用大气辐射传输软件CART2（特约）

采用HITRAN2016数据库,研制了新的大气分子吸收系数数据库,应用于更新的第二版通用辐射大气传输软件CART2。增加了光谱分辨率为0.1 cm?1的CART2P1程序模块。相对于CART1.0,大气分子吸收考虑了更多的分子弱谱线的吸收,扩展了计算波段。计算结果与LBLRTM和MODTRAN5对比表明,CART2能够精确地模拟大气分子的吸收;计算结果与地基实际测量的红外高分辨率太阳光谱吻合的非常好。具备0.1 cm?1光谱分辨率的CART2计算的大气透过率和环境背景辐射可以分辨出分立的大气分子吸收谱线,能够在中高光谱分辨率的光学工程和有些激光工程的大气传输计算中得到应用。     

可见光波段气溶胶标高的实验研究

大气气溶胶对大气辐射和光传播具有重要影响,而标高是反映气溶胶高度分布特征的关键参量。利用连续光谱的太阳辐射计和前向散射能见度仪,测量了大气柱光学特性以及近地面层的大气水平消光系数,获得了可见光波段的大气气溶胶标高的变化特征：随着波长值的增加,气溶胶标高减小;对于实验当地的情况,一般冬季气溶胶标高要大于夏季的气溶胶标高。