自适应光学对大气扰动波前的补偿效果研究：II.水平大气传输时？…

讨论了光波在水平大气湍流中传输时的情况。计算结果表明自适应光学系统的补偿效果与光波传播路径上的横向风有很大的关系。大气湍流的强度越大，自适应光系统的截止频率越高，横向风的影响也越大，计算结果还表明在相同的ｒ０或者相同的大气湍流强度下，球面波所受大气扰动的自适应光学补偿效果受横向风的影响要比平面波的厉害，本文还将理论分析的结果和数值模拟的结果进行了比较，表明数值模拟结果受横向风的影响比理论分析结果受     

自适应光学对大气扰动波前的补偿效果研究 I.水平大气传输时的结果分析

讨论了光波在水平大气湍流中传输时的情况。计算结果表明自适应光学系统的补偿效果与光波传播路径上的横向风有很大的关系。大气湍流的强度越大，自适应光学系统的截止频率越高，横向风的影响也越大。计算结果还表明在相同的ｒ０或者相同的大气湍流强度下，球面波所受大气扰动的自适应光学补偿效果受横向风的影响要比平面波的厉害。本文还将理论分析的结果和数值模拟的结果进行了比较，表明数值模拟结果受横向风的影响比理论分析结果受横向风的影响大。最后，文中分析了以上现象并对此作出了合理的解释     

湍流大气中高斯谢尔光束的波前位错

在Rytov近似下,通过引入短期统计平均位错位置的概念,研究了高斯谢尔光束通过近地面弱湍流大气传播时,波前圆形位错形成和位错位置与湍流大气起伏强度和传播距离等参数间的关系.基于湍流大气中平行和交叉双光束的简化近似传输模型,研究了湍流大气中传播高斯谢尔光束波前位错位置与大气湍流强度、传输距离等参数间的相关机制.在远小于光波位相起伏周期的条件下,分别得出了束径不同同轴双光束和交叉双光束传播情况下波前圆位错位置的湍流系综统计平均理论关系.所得结果表明,同轴平行光束干涉和交叉光束干涉所产生的光束波前位错受大气湍流强度、传输距离等参数调制的规律是不同的.     

湍流路径积分参量与湍流大气中光的传播效应

根据光波在湍流大气中传播的理论分析了弱起伏条件下决定光波传播效应的折射率结构常数Ｃ＾２ｎ的各种路径积分参量之间的关系，导出了由光波的强度起伏所确定的等效折射率结构常数对计算大气相干长度与光波的到达角起伏，光束的扩展及漂移的相对偏差的表达式。针对折射率结构常数Ｃ＾２ｎ具有周期性，递减，递增和随     

基于风廓线雷达的光波段折射率结构常数方法研究与理论仿真EI北大核心CSCD

湍流对光在大气中的传播有重要影响。光波段折射率结构常数是描述湍流强度的物理量。通过风廓线雷达回波分析是研究湍流强度的新方法。利用风廓线雷达计算出湍流耗散率和平均风的垂直梯度,结合温度、气压等常规气象参数,可估算光波段折射率结构常数,计算的量级在10-18～10-13 m-2/3之间,符合实际情况,证明了方法的可行性。同时对不同等压面上压强梯度、温度梯度及湿度对折射率结构常数的影响进行了数值计算。结果表明,同一等压面上压强梯度改变对Cn2影响很小,可忽略不计;而温度梯度改变对结果有较大影响,故对温度廓线的测量有较高的精度要求;相对湿度10%～90%的变化对光波段折射率结构常数的影响低于一个量级,因此在晴空大气条件下,湿度项可以忽略。     

大气相干长度的昼夜观测

 介绍了利用差分像运动测量法测量光波到达角起伏方差来确定大气相干长度的方法，阐述了一种能对大气相干长度进行昼夜测量的日夜两用型大气相干长度仪的测量原理与结构,经过长期昼夜观测分析得知: 整层大气湍流强度有随时间变化的趋势，这种趋势与近地面层的湍流强度的时间变化特征基本吻合，即在日出后和日没前两段时间内的相干长度值远大于其它时间段内的值。     

一种简化非Gauss场模型在随机介质中光传播问题中的应用

为了研究大气湍流间歇性的光传播效应，构造出一种比较简单的非Gauss场模型(Poission场 )用于描述大气介电常数(或折射率)随机起伏.模型特征泛函含有四个待定函数，根据大气湍 流的统计均匀性，介电起伏的单点概率分布函数，以及介电起伏能谱可以选择或确定它们. 对在这种简化湍流中传播的光波平均场及二阶统计矩性质进行了理论分析，并给出数值模拟 的一个简单例子. 关键词： 光波传播 大气湍流 间歇性     

海洋湍流中光波特征参量和短期光束扩展的研究

Nikishov等建立的海洋湍流功率谱模型中,假设了海水有着稳定的分层.但是,实际海水通常不是稳定分层的,温度与盐度的涡流扩散率是不相等的.2017年,Elamassie等建立了考虑这些因素的更合理的海洋湍流功率谱模型.湍流介质中光波空间相干长度等基本特征参量在表征湍流强度和光传输相位校正技术等方面起着重要作用.本文基于Elamassie海洋湍流功率谱模型,重新推导出了海洋湍流中光波结构函数、光波空间相干长度和Fried参数的解析公式,并校验了所得公式的正确性.研究发现：当温度变化引起的光学湍流占主导地位时,Nikishov海洋湍流功率谱模型把湍流强度低估了;当盐度变化引起的光学湍流占主导地位时,Nikishov海洋湍流功率谱模型把湍流强度高估了.基于Elamassie海洋湍流功率谱模型,本文推导出了高斯光束短期光束扩展的半解析公式,并验证了其正确性.研究还表明：海水稳定分层与否,短期光束扩展差异很大.本文研究结果对水下湍流环境中的光通信、成像和传感等应用具有重要意义.     

湍流大气中漫射目标的平均强度和信噪比

基于广义惠更斯-菲涅尔原理,根据Rytov相位结构函数的二次近似,推导了湍流大气中漫射目标探测器表面的平均强度和信噪比的解析表达式。给出不同类型尺寸的漫射目标散射波经湍流大气传输在探测器表面的平均强度和信噪比,数值分析了不同目标尺寸、湍流强度、透镜大小对探测器表面平均强度和信噪比的影响。目标尺寸和透镜尺寸越大,信噪比越大;相反地,湍流越大,信噪比越小。     

不同地区大气折射率结构常数分布特性及分析

 大气湍流对光波传播的影响主要是由于大气随机起伏的湍流引起折射率的随机起伏，破坏了光波的相干性。研究传输问题就是研究湍流所造成的折射率随机变化的规律。主要利用HTP-2型温度脉动探空仪对大气折射率结构常数进行了实地探测及计算分析。通过对大量探空实验数据的统计分析,分别得出了合肥地区和北方干旱地区(0～30km)大气折射率结构常数在不同季节的白天和夜间的分布廓线和分布特性，对合肥地区和北方干旱地区的大气湍流结构特性有了比较清晰的认识，为大气光学传输工程的应用和理论计算提供了参考。     

Intensity distribution properties of Gaussian vortex beam propagation in atmospheric turbulence

By using wave optics numerical simulation, the intensity-hole effect, beam spreading and wandering properties of Gaussian vortex beam propagation in atmospheric turbulence are investigated quantitatively. It is found that an intensity hole in the center of the beam pattern appears gradually as a Gaussian vortex beam propagates. The size of the intensity hole increases with the increase of the topological charge of the vortex phase. However, the intensity hole could to some extent be filled with optical energy by atmospheric turbulence, especially in strong turbulence. The radius of the intensity hole first decreases and then increases with the growth of turbulence strength. The effective radius of vortex beam with larger topological charge is greater than with a smaller topological charge. But the topological charge has no evident influence on beam wandering.     

大气湍流尺度对部分相干光传输特性的影响

本文在考虑湍流内外尺度的情况下,对部分相干高斯谢尔模型光束在大气湍流中的传输特性进行了研究.主要采用考虑湍流内外尺度的修正Von Karmon谱模型,推导了部分相干光在大气湍流中的平均光强分布、光束扩展均方根束宽和漂移方差的解析式.对比分析了不同湍流强度情况下,湍流内外尺度对部分相干光在大气湍流中水平和斜程路径上传输特性的影响.结果表明:相同条件下,光束在大气湍流中传输时,沿斜程传输时的抗湍流能力强于水平传输;相比于大气湍流内尺度,大气湍流外尺度对光束漂移影响较大,外尺度对光束扩展与光强分布的影响较小,当湍流外尺度增大时,漂移现象会越来越严重;相比于大气湍流外尺度,湍流内尺度对光束扩展与光强分布的影响较大,当内尺度减小时,光束扩展现象越来越严重,光强分布也更分散,内尺度对漂移几乎无影响.     

上下行传输孔径接收光强起伏特性分析

为了研究地星上行和星地下行激光链路孔径内接收光强信号的典型特征,基于大气湍流理论和位相屏方法,计算了短波和中波红外激光在特定大气相干长度条件下,孔径内接收激光功率与总功率的比值及起伏情况。根据统计结果讨论了上下行大气通道传播特性的差异,结果表明相同外界条件下,直径50 cm孔径内接收的下行激光信号强度大于上行激光信号强度1个数量级以上,其信号的起伏程度也低于上行激光;中等湍流下,下行激光孔径接收光强的概率分布函数服从对数正态分布,最大概率接收功率比与无湍流条件下的功率比值一致,分别为0.42%(1.315 m)和 0.26%(3.8 m)。     

Study on the dynamic characteristics of flow over building cluster at high Reynolds number by large eddy simulation

In this paper,the dynamic characteristics of building clusters are simulated by large eddy simulation at high Reynolds number for both homogeneous and heterogeneous building clusters.To save the computational cost a channel-like flow model is applied to the urban canopy with free slip condition at the upper boundary.The results show that the domain height is an important parameter for correct evaluation of the dynamic characteristics.The domain height must be greater than 8h(h is the average building height)in order to obtain correct roughness height while displacement height and roughness sublayer are less sensitive to the domain height.The Reynolds number effects on the dynamic characteristics and flow patterns are investigated.The turbulence intensity is stronger inside building cluster at high Reynolds number while turbulence intensity is almost unchanged with Reynolds number above the building cluster.Roughness height increases monotonously with Reynolds number by 20%from Re*=103 to Re*=105 but displacement height is almost unchanged.Within the canopy layer of heterogeneous building clusters,flow structures vary between buildings and turbulence is more active at high Reynolds number.     

Study of scattering from turbulence structure generated by propeller with FLUENT

In this article, the turbulence structure generated by a propeller is simulated with the computational fluid dynamics (CFD) software FLUENT. With the method of moments, the backscattering radar cross sections (RCS) of the turbulence structure are calculated. The scattering results can reflect the turbulent intensity of the wave profiles. For the wake turbulence with low rotating speed, the scattering intensity of HH polarization is much smaller than VV polarization at large incident angles. When the turbulence becomes stronger with high rotating speed, the scattering intensity of HH polarization also becomes stronger at large incident angles, which is almost the same with VV polarization. And also, the bistatic scattering of the turbulence structure has the similar situation. These scattering results indicate that the turbulence structure can also give rise to an anomaly compared with traditional sea surface. The study of electromagnetic (EM) scattering from turbulence structure generated by the propeller can help in better understanding of the scattering from different kinds of waves and provide more bases to explain the anomalies of EM scattering from sea surfaces.     

涡流控制阀对四气门汽油机缸内空气运动影响的研究

在一台单缸四气门汽油机上,用激光多普勒测速仪实验研究了涡流控制阀打开和关闭后,缸内平均速度、湍流强度和湍流结构的变化．结果表明：当涡流控制阀打开时,在压缩后期缸内流动主要是滚流的畸变和破碎过程,而当涡流控制阀关闭后,在压缩后期缸内流动主要是涡流运动．两种情况下的湍流强度和湍流结构也有较大差别．     

Turbulent propagation of premixed flames in the presence of Darrieus–Landau instability

We investigate the role played by hydrodynamic instability in the wrinkled flamelet regime of turbulent combustion, where the intensity of turbulence is small compared to the laminar flame speed and the scale large compared to the flame thickness. To this end the Michelson–Sivashinsky (MS) equation for flame front propagation in one and two spatial dimensions is studied in the presence of uncorrelated and correlated noise representing a turbulent flow field. The combined effect of turbulence intensity, integral scale, and an instability parameter related to the Markstein length are examined and turbulent propagation speed monitored for both stable planar flames and corrugated flames for which the planar conformation is unstable. For planar flames a particularly simple scaling law emerges, involving quadratic dependence on intensity and a linear dependence on the degree of instability. For corrugated flames we find the dependence on intensity to be substantially weaker than quadratic, revealing that corrugated flames are more resilient to turbulence than planar flames. The existence of a threshold turbulence intensity is also observed, below which the corrugated flame in the presence of turbulence behaves like a laminar flame. We also analyze the conformation of the flame surface in the presence of turbulence, revealing primary, large-scale wrinkles of a size comparable to the main corrugation. When the integral scale is much smaller than the characteristic corrugation length we observe, in addition to primary wrinkles, secondary small-scale wrinkles contaminating the surface. The flame then acquires a multi-scale, self-similar conformation, with a fractal dimension, for one-dimensional flames, plateauing at 1.23 for large intensities. The existence of an intermediate integral scale is also found at which the turbulent speed is maximized. When two-dimensional flames are subject to turbulence, the primary wrinkling patterns give rise to polyhedral-cellular structures which bear a very close resemblance to those observed in experiments on hydrodynamically unstable expanding spherical flames.     

大气湍流中孔径限制下高斯光束的传播特性

在扩展Huygens-Fresnel原理和Rytov近似的基础上,得到了孔径限制下湍流大气中高斯光束平均光强的积分表达式,利用数值模拟方法分析了轴上和接收面上平均光强的分布,并得到了波阵面半径、传播距离、湍流强度和波长与平均光强的关系曲线图.结果表明在湍流大气中波长、传播距离、发射孔径和波阵面半径的改变会引起平均光强重心的漂移,传播距离增加会导致光束的展宽.     

倾斜离轴高斯-谢尔模型光束在大气湍流中通过猫眼光学镜头反射光的光强特性

本文研究了大气湍流和探测光空间相干性对倾斜离轴激光束通过猫眼光学 镜头反射光光强特性的影响. 研究表明: 由于光阑效应以及光束倾斜或离轴, 反射光光强出现振荡和非对称分布现象. 大气湍流不会改变其非对称性, 但湍流中其光强不再振荡. 当猫眼光学镜头存在微弱正离焦δ_max情况下, 轴上光强可达到最大值. 猫眼光学镜头焦距越大, 所需δ_max越大. 但是, 大气湍流和探测光相干性好坏都不会改变所需δ_max值. 在大气湍流中传输距离足够远时, 反射光强会成为离轴类高斯分布. 随着传输距离的增大, 相干性越差的探测光的反射光束扩展可以更小, 这与部分相干光自由空间传输规律完全不同. 探测光相干性越好, 其反射光强受湍流的影响越大, 但差异不大. 本文所得结果对激光主动探测的应用具有意义. 关键词： 猫眼光学镜头 大气湍流 部分相干光 光强     

大气湍流中光束的高阶强度矩

研究了光束通过大气湍流传输的高阶强度矩, 提出了大气湍流中光束高阶强度矩的推导方法, 并推导出了一至四阶光束强度矩传输的解析表达式. 所得结果具有一般性,任意某一光束在自由空间和大气湍流中传输的高阶强度矩均可作为本文结果的特例. 另一方面, 以高斯光束为例, 研究了其K参数在湍流大气中的传输规律. 研究表明,高斯光束在大气湍流中其K参数并不是一个传输不变量,它与传输距离、束腰半径、湍流内外尺度以及湍流强度均有关.这个结论与采用Rytov相位结构函数二次近似或强湍流近似下的结论不同,本文给出了合理解释. 关键词： 高阶强度矩 大气传输 大气湍流 K参数')" href="#">K参数