超音速湍流脉动流场气动光学效应分析

对高超音速飞行器在大气中飞行时所产生的湍流脉动气动光学效应进行了理论分析与计算.根据CFD计算流场时所使用的湍流模型及其控制方程,推导出流场的折射率脉动方差控制方程.用统计方法,求出该脉动流场的系综平均光学传递函数及相位均方差,从不同角度描述了湍流脉动的气动光学效应.计算结果表明,气动光学传输函数的幅度响应函数具有低通特征,使所获得的图像发生像模糊,而相位响应函数则导致红外成像相位非线性偏移.此外,在相同飞行高度下,马赫数越高,图像模糊越严重.电弧风洞实验结果验证了本文理论分析的正确性.     

气动光学效应湍流脉动模型系数修正

以光学窗口的气动光学效应研究为背景,研究影响光学传输预测的流场湍流脉动量预测.选取平板、压缩拐角、凹腔流动模型,采用大涡模拟（LES）方法研究超声速湍流脉动工程预测模型的系数修正.结果表明：LES方法能够获得无激波干扰、强激波干扰及底部大分离条件下,湍流密度脉动的定量分布,并据此给出脉动工程模型的系数修正,结果已经应用于型号飞行器的光学窗口气动光学效应预测.     

高超声速湍流流场高折射率梯度区域气动光学畸变仿真研究

基于折射率界面厚度的描述建立了一种高折射率梯度门限的数学模型,在此梯度门限下,研究了高超声速流场中高折射率梯度区域的气动光学传输效应.提出了一种用折射率梯度的调和平均值描述高折射率梯度门限的方法.采用高超声速流场的计算流体力学结果作为分析折射率梯度和进行气动光学传输仿真的源数据,忽略绝对值低于该门限的梯度值重构折射率场,并采用变折射率介质中光线追迹算法仿真其气动光学传输畸变.不同流场状况、不同位置截面的仿真结果表明,采用本门限,重构折射率场和原折射率场的相关性达0.9以上,仿真光程差均方根的相对误差不超过±5%,验证了该高折射率梯度门限模型的有效性和适用性,同时从数值角度证实了高超声速湍流流场中高折射率梯度区域是气动光学传输畸变的主要成因.     

自适应光学湍流校正影响因素分析

本文讨论了激光发射自适应光学湍流校正系统的校正效果判据,并以大系统调制传递函数(MTF)为判据,通过计算机模拟计算,分析了湍流校正效果与激光发射系统的参数和大气湍流条件之间的关系。     

大气湍流光学参数分析

利用两种不同大气湍流结构常数模型,讨论了不同高度的湍流对大气湍流光学参数的影响。通过理论计算得出：相干长度和对数振幅起伏方差主要由低层大气湍流决定,而等晕角、倾斜等晕角、格林伍德频率和泰勒频率由对流层顶附近的高层湍流决定。分析了垂直高度30 km以下的3部分大气湍流对等晕角的贡献比例,在给定的不同强度湍流下,对流层顶附近的高层大气湍流贡献比例都大于25％,而低层大气湍流的贡献比例都小于3%。     

大气湍流光学参数分析

利用两种不同大气湍流结构常数模型,讨论了不同高度的湍流对大气湍流光学参数的影响。通过理论计算得出:相干长度和对数振幅起伏方差主要由低层大气湍流决定,而等晕角、倾斜等晕角、格林伍德频率和泰勒频率由对流层顶附近的高层湍流决定。分析了垂直高度30 km以下的3部分大气湍流对等晕角的贡献比例,在给定的不同强度湍流下,对流层顶附近的高层大气湍流贡献比例都大于25％,而低层大气湍流的贡献比例都小于3%。     

基于GCV-FFT方法的超声速压缩拐角流场气动光学效应计算

研究超声速压缩拐角流动，基于Rytov近似，采用广义卷积-快速Fourier变换（GCV-FFT），直接求解非均匀介质中的Helmholtz方程，获得激光光束的散射场和衍射场的复振幅分布.给出包括光强、光程差、斯特列尔比、相对光强、光束质心位置和有效光束宽度等气动光学参量.可以看出，激光光束在湍流场区域内传输，光强度分布逐渐出现起伏和偏离.穿过流场区域后，由于衍射作用，光束产生较大幅度的扭曲、偏离和破碎.压缩拐角区的流场对光束质量的影响明显大于充分发展湍流区.从相对光强的分布形态来看，光束的破碎似乎与流场的小尺度相干结构相关.采用传统的OPD均方差或加权均方差值估算获得的斯特列尔比的误差较大，更为准确的方法应该通过计算PSF来进行评估.     

大气光学湍流光纤测量技术中的解调算法研究

介绍了直接调制光源型光纤Mach-Zehnder干涉仪测量大气光学湍流的原理,并对其中的载频调制和解调的过程进行了深入的研究.通过计算机对光学湍流随机相位起伏、载频调制与解调过程的模拟证明了直接调制光源型光纤Mach-Zehnder干涉仪测量大气光学湍流的可行性,提出大气光学湍流光纤测量技术中的一种新的信号处理方法.     

不同光线入射角度下超声速湍流边界层气动光学效应的实验研究

利用基于纳米粒子的平面激光散射技术获取超声速(Ma=3.0)湍流边界层的密度分布,采用光线追迹方法计算其对应的光程差分布,并结合边界层气动光学相似律验证实验结果的可靠性.着重研究了光线入射角度对超声速湍流边界层气动光学效应的影响,并对其内在机理进行了分析.研究表明,气动光学效应对光线入射角度的依赖性源于光线在流场中的传输路径,传输路径的不同导致了光线在流场中的传输距离以及对应密度脉动互相关结果的差异.光线倾斜入射导致其在流场中传输距离增长,进而气动光学效应出现恶化.光线入射方向与壁面垂直方向之间的夹角越大,气动光学效应越显著,而且不同时刻的差异性增加,气动光学效应校正的难度增加.超声速湍流边界层中大量具有特定方向的涡结构导致了湍流边界层气动光学效应的各向异性.当光线倾斜向下游入射时,光线传播方向与流场中的涡结构具有较好的一致性,体现为此方向上密度脉动互相关系数较大,故气动光学效应比较严重.而当光线倾斜向上游入射时,相关系数较小,故气动光学效应较弱.     

气动光学平均流场效应时间特性研究

根据气动光学效应定义了绕流流场厚度,分析了气动光学平均流场效应的时间特性与绕流流场厚度的关系,给出特征时间的粗估公式。使用大型流体计算软件SAED模拟计算了机载光学平台绕流流场随时间的变化,计算了绕流流场厚度,研究了气动光学平均场效应随时间的变化规律。计算结果验证了粗估公式的可靠性,表明与湍流效应的特征时间相似,气动光学平均流场效应的特征时间,正比于绕流流场厚度与飞机速度的比值。在给定的计算模型中,特征时间约为5 ms量级,特征频率低于300 Hz;平均流场气动光学效应引起的光程差均方根随时间围绕平均值变化,方差与平均值之比约为8%。     

Fast estimation of speech transmission index using the reverberation time

The paper presents the function of STI in the domain of reverberation time. Through the application of the said function, we can quickly estimate the speech transmission index, knowing only the time of room reverberation. For that purpose we applied a known method which consists in physical estimation of speech intelligibility basing on the modulation transfer function (MTF) determined in a room. Then, the STI was described using a logarithmic function whereof argument was the room reverberation time. To verify the model, reverberation times of six rooms were measured. The selected rooms were very different deliberately. They had different cubature and shape. The selection included a small cuboid, lecture halls and a church. Then, the same rooms were modeled in the ODEON version 11.23 and their reverberation times were determined. Furthermore, the STI was determined in the ODEON and then compared with the reverberation time obtained in effect of fast estimation. The statistical verification with the use of correlation index and regression equation has demonstrated that the fast estimation yields results close to those obtained in the computer simulation in ODEON. We obtained the correlation index at the level close to 1. Furthermore, the test probability at the level lower than 0.05 bespeaks of a statistically significant linear relation for the confidence level of 95%.     

用光速测量仪探究纯碱溶液折射率与浓度的关系

应用现有的光速测量仪,对其测量光速的光路进行改进,测量不同浓度纯碱溶液的折射率,并利用计算机软件MATLAB对实验的测量数据进行分析处理,得出纯碱溶液折射率与浓度的定量关系。     

Application of moiré technique to the measurement of modulation transfer functions (MTF) of printing systems

It is shown theoretically and verified experimentally that by writing a low spatial frequency Ronchi grating by a computer and printing two copies of it on two transparencies by a printer, the modulation transfer function (MTF) of the printed image can be evaluated by measuring the transmittance of the superimposed gratings in a moiré fringe spacing. Application of the technique is quite simple and the results are reasonably reproducible. The technique does not require a high sensitive intensity detector and a very narrow slit for transmission scanning. Also, the presented technique can be applied to other imaging systems.     

Measurements of retinal aerial image modulation (AIM) for white light based on wave-front aberration of human eye

The aerial image modulation (AIM) curve of retina under the condition of white light is obtained based on the wave-front aberration of human eye. According to the relationship between the wavelength and defocus, we modify the monochromatic wave-front aberration data to calculate the modulation transfer function (MTF) of human eye in the white-light illumination. Combined with the measurement of contrast sensitivity function (CSF) for complete eye and visual acuity (VA) under the same luminance condition, we deduce the AIM curve in natural light. We find that AIM varies slightly at lower and intermediate spatial frequencies among different eyes; at higher frequencies AIM is the predominant factor for VA when the wave-front aberration is not significant. In addition, retinal AIM is expressed in terms of neural contrast sensitivity function (NCSF) which is the clinical valuable for ophthalmologists. Considering the real illumination circumstance, it is of practical significance to obtain the AIM curve and NCSF curve under white-light condition.     

用光速测量仪探究蔗糖溶液折射率与浓度的关系

实验应用现有的CG-V型光速测量仪,对其测量光速的光路进行改进,测量不同浓度蔗糖溶液的折射率,并利用计算机软件（Excel）对实验的测量数据进行分析处理,得出蔗糖溶液折射率与浓度的定量关系,并加以验证,使学生能掌握光速测量仪的使用,更深刻了解透明液体折射率与浓度之间的关系。     

Characterization of the 3D resolution of topometric sensors based on fringe and speckle pattern projection by a 3D transfer function

The increasing importance of optical 3D measurement techniques and the growing number of available methods and systems require a fast and simple method to characterize the measurement accuracy. However, the conventional approach of comparing measured coordinates to known reference coordinates of a test target faces two major challenges: the precise fabrication of the target and - in case of pattern projecting systems - finding the position of the reference points in the obtained point cloud. The modulation transfer function (MTF) on the other hand is an established instrument to describe the resolution characteristics of 2D imaging systems. Here, the MTF concept is applied to two different topometric systems based on fringe and speckle pattern projection to obtain a 3D transfer function. We demonstrate that in the present case fringe projection provides typically 3.5 times the 3D resolution achieved with speckle pattern projection. By combining measurements of the 3D transfer function with 2D MTF measurements the dependency of 2D and 3D resolutions are characterized. We show that the method allows for a simple comparison of the 3D resolution of two 3D sensors using a low cost test target, which is easy to manufacture.     

湿度起伏对可见光波段折射率结构常数的影响

大气折射率起伏主要是由温度和湿度起伏引起的。提出一种研究湿度起伏对折射率结构常数影响的新方法,即从超声风速计测量的虚温信号中提取出湿度起伏的信息,可计算出湿度起伏、温湿相关项的结构常数。采用自行研制的温度脉动仪和超声风速计分别在湿度差异较大的干燥的戈壁滩和潮湿的海边进行实验,并用实验时的气象参量对湿度起伏进行了模式计算。测量和模式计算都表明：湿度起伏本身对Cn^2的贡献很小,可忽略不计,湿度起伏对Cn^2的影响主要是通过与温度起伏相结合来实现的,在一般情况下,这种贡献不到10％。但在湿度较大,特别是日落前Cn^2处于最小值附近,温湿相关项的贡献可超过10％。     

利用集总L-C元件构造的一维metamaterials特性的实验研究

在普通微带传输线中周期性地加载集总L C元件能够构造一维特异性材料(metamaterials)，它具有与众不同的特异性质.通过实验证实了波在这种结构中传播具有相速度与群速度方向相反的左手性通带，其折射率为负值，并发现平均折射率为零的能隙.这种结构具有结构紧凑，参数可调，制作简单的优点. 关键词： 负折射率 特异性材料 周期性结构 微带线     

二次曲面前房型有晶体眼人工晶体的球差矫正特性分析

为探究二次曲面前房型有晶体眼人工晶体的球差矫正特性,进行了球面和二次曲面有晶体眼人工晶体的设计,并利用像差理论对二者的球差矫正特性进行了研究.基于R.Navarro等人提出的模型眼得到屈光不正眼模型,利用ZEMAX光学软件分别设计了可矫正屈光不正人眼的球面与二次曲面前房型有晶体眼人工晶体.通过对光学传递函数和Zernike球差系数的比较,以及对Seidel球差分布系数的计算分析发现:在保证屈光不正矫正至正常水平的前提下,较之传统球面人工晶体,二次曲面的引入仅对远视眼的球差有矫正作用,并使光学传递函数显著改善|而对近视眼而言,二次曲面人工晶体的球差矫正效果与球面人工晶体相当.这一结论对前房型有晶体眼人工晶体的设计和应用具有重要的理论指导意义.