利用恒星闪烁测量等晕角的研究

利用恒星闪烁测等晕角是目前应用最广泛的等晕角测量方法。基于理论分析,引入了更准确的计算公式,通过公式推导、数值计算,得出最佳探测孔径直径与菲涅耳尺度相当,分析了复色光的闪烁等效波长及湍流路径长度变化范围的问题,讨论了等晕角与闪烁的比例系数C的计算问题。菲涅耳数在范围0.5~1.1时,比例系数随菲涅耳数的变化可用三次多项式进行拟合,比例系数不能简单地取波长位于500nm时的固定值,需根据应用实际利用拟合的三次多项式来计算。     

高功率密度激光宽角度阵列探测技术研究

为了提高探测器阵列靶的到靶激光功率密度测量范围及入射角度宽容性,从防护取样衰减结构出发,基于全反射与透射散射理论设计镀金铜基面板、光纤取样和散射片所组成的防护取样衰减结构。同时,将所设计的结构应用于探测器阵列靶系统。通过激光辐照靶面热分析、光线追迹仿真及激光逐点扫描实验,对系统抗激光损伤能力、角度特性及通道响应一致性进行分析测试。结果表明,该防护取样衰减结构可以承受高功率密度激光的长时间辐照;在0°～30°的入射角度范围内,实测角度特性系数经余弦校正后相对于正入射偏差小于4%;各通道单元间的响应不一致性标准差均小于2%。     

双向大气相干长度测量获取湍流模式及日变化分析

大气相干长度是定量描述大气湍流强度的重要参数,提出一种通过对同一斜程路径进行双向大气相干长度测量、从而建立实时的湍流强度随高度的分布模式的方法,并进行了多日全天观测实验以验证所提方法。通过不同天气条件下得到的测量路径湍流强度时空分布的相互比较,以及对多日大气相干长度测量比值的统计分析,初步验证了所提方法的准确性。     

梯度倾斜相关测量水平C_n~2和横向风速廓线的理论与仿真研究

根据Rytov近似以及泰勒湍流冻结假设,推导出以不同距离的前向散射光为信标的水平路径上梯度倾斜角的相关表达式.基于该表达式,在理论上提出了计算湍流强度与横向风速的新方法,并通过数值仿真对该方法进行了初步验证.结果表明,在5%高斯误差情况下,大气折射结构常数和风速的计算结果与理论真值在整体变化上具有较好的一致性,线性相关系数分别能达到0.8与0.9.该方法能够得到不同湍流与风速条件下的湍流强度廓线以及风速廓线,为反演大气湍流强度以及风速提供了一种新思路.     

一种测量大气消光系数边界值的新方法

根据激光雷达方程建立了散射回波信号与大气消光系数边界值之间的非线性方程,以此为依据,提出了利用Broyden算法求解非线性方程确定大气消光系数边界值的新方法.在近地面开展了观测实验,首先分别使用Broyden算法和最小二乘法确定大气消光系数边界值,然后利用Klett反演方法获得消光系数空间分布,按路径积分计算得到两种方法下的大气透过率.同时,在附近开展了1 km路径的水平光单程传输实验直接测量大气透过率,并将此结果作为对比参考标准.将运用两种不同的边界值确定方法得到的水平大气透过率与参考标准值分别从相关性和相对误差两个方面进行了分析.实验结果表明:使用Broyden算法得到的大气透过率与参考标准具有高度的一致性;两者的线性相关系数高达0.968,平均相对误差约为最小二乘法与参考标准值平均相对误差的一半.由此验证了使用Broyden算法确定大气消光系数边界值的可行性和有效性.     

基于动态数据交换技术实现Tracepro的二次开发

利用动态数据交换通信技术对Tracepro软件进行了二次开发。提出通过使用动态数据交换通信协议中的连接、发送、请求等通用方法,实现二次开发软件传输脚本到Tracepro中仿真,以及调取仿真结果返回二次开发软件的功能。在软件中可以实现模型自动生成、参数自动配置、自动仿真、优化分析等功能,提高了设计效率。以设计LED杯型建模仿真软件的设计为例,在软件中实现了与Tracepro交互,完成了LED快速建模、设计及仿真。     

表面贴装封装发光二极管的结构设计

为了提高表面贴片封装(SMD)发光二极管(LED)封装结构的封装效率,根据LED的光学结构和性质,建立了简化的SMD LED封装结构模型,并实现了LED封装结构的连续自动生成、仿真和优化。仿真结果表明:在色温相同的条件下,光通量和辐射通量呈线性关系,侧壁的改变会造成白光光通量先增加后减少的趋势。通过对3款不同侧壁张角的LED进行测试,测试结果与仿真结果光通量趋势相同,并得到了对于这种封装方式的最佳侧壁张角为60°的结论,验证了仿真的正确性。     

湍流大气中激光聚焦光束后向散射的数值模拟

 对基于聚焦光束后向散射到达角起伏的湍流测量进行了数值模拟。通过近轴标量波动方程和分形相屏算法，提出了聚焦光束二次传输的数值模型，分别就固定点信标光源和聚焦光束后向散射的到达角起伏方差的统计特征进行了分析，并取得了很好的相关性，得出了可以从聚焦光束的回波图像信号里提取大气湍流信息的结论。讨论了聚焦距离对固定点光源和回波光束的到达角起伏方差相似度的影响。     

湍流廓线激光雷达的研制

 对采用光波波段测量大气湍流强度廓线的湍流廓线激光雷达进行了研究。利用焦点附近的大气瑞利后向散射作为测量信标测量湍流信息，当聚焦高度不同时，可以测得不同高度的整层信息,从而可以得到一系列高度的整层湍流信息，最后通过算法得到分层的大气湍流廓线。介绍了湍流廓线激光雷达系统的组成原理和系统结构，采用像增强器的控制系统使得系统的有效测试距离达到15 km；通过与传统测量方法的对比，得出了可以作为湍流强度廓线测量工具的结论。最后展望了该系统的应用前景。     

利用湍流廓线获得斜程大气相干长度的实验研究

 用两种方法获得有限高度斜程大气相干长度。一种方法用安置在测量铁塔上的温度脉动仪以及多普勒声雷达测量了大气边界层下部折射率结构常数廓线，用以计算有限高度球面波斜程大气相干长度；另一种方法用系留气球搭载一个点光源，在地面用差分光学系统接收球面波到达角起伏法测量了实时斜程大气相干长度。对实验结果进行了比较和分析，二者都反映了实际大气斜程相干长度的时间变化特点。两种方法结果的相关性比较好，因此两种方法都可以在大气光学传输研究中应用。最后在实验的基础上对湍流廓线计算球面波斜程大气相干长度作了讨论。