小入射角条件下气动光学成像偏移

针对超声速飞行器在大气中飞行时由于气动光学效应产生的成像偏移,推导了光线偏折角和流场折射率梯度之间的关系,给出了小入射角情况下,离散折射率场光线偏折角的一种计算方法;利用不同流场的计算流体力学数据计算出对应的折射率场;使用光线追迹法得到光线通过不同流场后的偏折角和传播路径上的折射率梯度分布。仿真结果表明,新的偏折角计算方法所得结果在入射角小于30°时与Runge-Kutta和Snell光线追迹法具有很好的一致性;同一高度下小入射角时,光线的偏折角并不随着飞行速度的增加而增加,而是基本保持稳定;光线通过流场的偏折是正负折射率梯度区域共同作用的结果,负的折射率梯度区域可以减少光线偏折,起到部分"校正"作用。     

基于格点化大气参数廓线模式的低仰角大气折射修正方法EI北大核心CSCD

高精度低仰角大气折射修正方法是提高海陆域光电测控系统全方位测控能力的重要保证。利用光线追迹方法,建立了一种考虑大气空间不均匀性的低仰角大气折射修正方法;对修正方法的影响因素及误差进行了深入分析,包括大气空间不均匀性和湍流对低仰角大气折射修正的影响;给出了不同折射修正精度对应的大气折射率高度分布所要满足的最大误差,修正方法的数据基础为自主建立的基于实测廓线数据的三维空间格点化大气参数高度分布模式。利用建立的修正模型和格点化大气参数廓线模式对典型大气状况下的折射修正结果进行了分析。     

组合大视场星敏感器自主定轨中的星光折射

就组合大视场星敏感器卫星自主定轨方法中的恒星观测,在球形大气假设下,直接由大气折射率、光在大气中的折射路径和斯涅耳定律出发,建立星光大气折射模型。在60 km高度以上星光穿过时不产生大气折射的假设下,得到星光在60 km高度的大气层上的仰角θ60、星光折射角γ和星光切线高度h的关系,且当星光穿过20~60 km的高度大气范围时,θ60的范围约在0°~7°之间。最后应用该大气折射模型进行了轨道确定仿真,说明折射模型的有效性。     

星载激光测距大气校正算法与模型研究

考虑大气折射对星载激光测距的影响,研究了基于光线追迹理论的激光程差计算方法.综合利用气象探空数据和高层大气模式数据,拟合得到了全国46个典型地区的年度平均大气折射率模数高度分布廓线.据此,比较分析了光线追迹算法结果与Marini-Murray模型计算结果,给出了激光程差的全国性分布状况.最后,分析了激光程差与海拔高度和...     

基于棱镜模型多次折射法的海水盐度检测系统

为了提高光学折射法海水盐度检测精度,综合分析现有检测方法,认为其海水盐度检测精度低的主要原因是其检测光路为平行平板模型.由此,提出了棱镜模型多次折射法检测方案.利用棱镜模型而不是平行平板模型,提高了光线的偏折角;通过设置多个棱镜模块,进一步扩大偏折角,从而大大提高系统的分辨力.设计了光路并进行仿真分析,研制了样机并进行...     

星载激光测高系统的大气折射延迟改正模型研究

星载激光测高仪通过测量从卫星平台发射的激光脉冲在卫星与地面激光脚点之间的渡越时间计算两者之间的距离。由于光束经过大气层时发生的折射,导致卫星激光测高系统典型的与大气延迟相关的测距误差在数米量级。讨论了大气折射延迟修正的理论与方法,分析比较了各种大气折射率模型,以全球首个对地观测星栽激光测高仪系统GLAS系统为例,给出了各种折射率模型的计算偏差,发现在常见温度和湿度范围内Owens375模型是一种精度较高的简化折射率模型;计算了GLAS系统高度角偏离天顶方向不超过10°的情况下,使用简单映射函数与CfA2．2映射函数模型的值,发现其差异不超过0．5mm。     

近海面大气光学湍流计算模型的比较与改进

通过在黄海北部某海域进行的海上大气光学湍流观测实验,对比分析了不同大气稳定度环境下四种大气光学湍流C2n计算模型的性能。针对中性和近中性环境下模型误差大的问题,基于温度折射率结构参数fT与稳定度的对应关系,利用实测数据和函数拟合,提出了一个新的fT函数形式。误差分析表明采用新的fT参数方案明显提高了C2n模型的计算精度,其性能大大高于其他几种计算模型。     

基于NCEP数据库的星光大气折射修正模型

提高星光大气折射模型精度对于改善天文导航系统的精确性具有重要意义。本文针对目前常用的美国标准大气（USSA）和COSPAR国际参考大气（CIRA）参考模式精度较低的问题,利用高分辨率的美国国家环境预报中心（NCEP）大气参数数据结合傅里叶插值算法建立了大气参数时空变化模型,根据不同高度、不同经纬度的大气折射率,计算了星光在大气中的传播路径,并建立了星光大气折射模型。与现有模型对比分析表明,本文建立的大气温度时空变化模型拟合实测数据时的相对误差小于2%,平均绝对误差小于3.5 K,大气密度拟合的相对误差小于4.39%,1月低纬、中纬和高纬的折射时空模型与传统单点模型之间的相对误差分别为37.64%、9.79%和28.78%,7月低纬、中纬和高纬的折射时空模型与传统单点模型之间的相对误差分别为27.95%、26.89%和39.10%,因此考虑了时空变化的星光大气折射模型理论精度更高。     

红外大气折射率剖面分布模式

针对光电测量设备的大气折射误差实时修正以及红外激光传输研究等问题,利用2006年至2010年间在新疆戈壁地区获取的大气参数探空实验数据,计算得到了两个特定的波长,即1.32 m和4 m对应的大气折射率平均剖面分布,进而提出了一种实用的折射率剖面分布模式三参数指数分布模式。利用非线性最小二乘法,分别拟合得到了波长为1.32 m和4 m时的红外波在各季节内折射率的三参数指数剖面分布模式。采用统计得到的折射率剖面分布模式实时修正了光电设备的仰角测量数据,通过和实测模型的事后修正结果比较发现,二者的差值小于5,实现了对当地光学测量数据大气折射误差的实时、快速修正。     

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.     

基于自适应光学成像非等晕效应的空变点扩展函数估计模型

针对湍流扰动波前改正的天文自适应补偿成像系统由于等晕区存在而限制了观测视场内有效的补偿区域.这对通过自适应光学系统获取的天文实测数据的充分利用造成很大不便.通过对自适应光学系统空域统计特性的分析,得到空变点扩展函数的成像系统描述.在此基础上,依据大气光学统计理论,通过多相位屏分层大气湍流模型,提出一种利用数值模拟估计空...     

基于天气预报模式预报阿里天文站大气光学湍流EI北大核心CSCD

利用气象模式预报大气光学湍流,能够使地基望远镜根据不同的大气视宁度条件,选取相应的观测目标和终端设备,还可以优化自适应光学系统性能和激光器打击目标的发射时机。介绍了采用天气预报模式建立的大气光学湍流预报方法。利用该预报方法,采用数值和分析两种模型,分别提前3d、2d和1d预报出2011年11月6日夜间阿里天文站的气象参数、大气光学湍流强度Cn2廓线和视宁度。共计6次的预报结果均显示近地面层、边界层2km高度以及对流层12km高度存在强湍流层。与单星闪烁测量层析(SICDAR)的实测数据对比结果表明,本预报方法能够反映大气光学湍流廓线的结构特征。预报的视宁度反映出夜间的增大趋势和差分像运动视宁度仪(DIMM)实测结果相似。     

一维大气边界层光学折射率结构常数数值模式的实验检验

提出了一种大气光学折射率结构常数的数值模式。一次输入日期、时间、经纬度、温度、湿度、风速、粗糙度、土壤参数，云量等相关参数，可得到24h内的温度、湿度、风场、折射率结构常数等量。通过与实测对比表明，无论是月平均折射率结构常数还是某天的折射率结构常数，模式计算与实测数据都符合得很好。模式计算的向下总辐射量与实测数据基本一致。     

基于太阳光度计测量确定分层大气消光系数

太阳光度计是地基探测整层大气光学参数的重要仪器,而在一些研究与工程应用中更需要了解低层大气光学参数。基于均匀平行球面大气分层的假定,提出了利用太阳光度计测量的数据确定分层大气平均消光系数的算法。应用该算法处理POM-02太阳光度计的实际测量数据,研究表明这种分层算法得到的大气总光学厚度与整层算法得到的大气总光学厚度的相对误差小于3%。利用该分层算法求得的低层大气平均消光系数与激光雷达测量的消光系数进行比较,两者具有较好的一致性。因此,这种利用太阳光度计测量数据确定分层大气平均消光系数的算法是可行的,该算法拓展了太阳光度计的应用。     

静态球对称引力场中光线偏折的几何算法

光线的引力偏折和光在介质中的折射有统一的地方,本文采用几何光学的方法讨论星光掠过太阳时的偏折角度,所得结果和经典文献一致.     

大气非均匀路径中图像退化光学模型

均匀路径中图像退化光学模型广泛应用于大气中退化图像的复原,而对于斜程观测情况,视线路径中的光照和光学性质是非均匀的,即使在水平路径中也会面临不均匀的状况。从平面平行大气辐射传输理论出发,建立了非均匀路径中图像退化光学模型,并在典型大气、观测条件下对模型进行了仿真分析。结果表明,对于近水平观测,非均匀路径退化模型简化为均匀路径中的退化模型;当观测距离较小时,两个模型在表达形式上是一致的,并且相对于长波段,短波段更满足此结论;不同观测方向和太阳的方位角差对退化模型的影响只在于观测处背景光的不同;此外,退化模型依赖于近地面水平能见度。     

基于格点化大气参数廓线模式的低仰角大气折射修正方法

高精度低仰角大气折射修正方法是提高海陆域光电测控系统全方位测控能力的重要保证。利用光线追迹方法,建立了一种考虑大气空间不均匀性的低仰角大气折射修正方法;对修正方法的影响因素及误差进行了深入分析,包括大气空间不均匀性和湍流对低仰角大气折射修正的影响;给出了不同折射修正精度对应的大气折射率高度分布所要满足的最大误差,修正方法的数据基础为自主建立的基于实测廓线数据的三维空间格点化大气参数高度分布模式。利用建立的修正模型和格点化大气参数廓线模式对典型大气状况下的折射修正结果进行了分析。     

一维大气边界层光学折射率结构常数数值模式的实验检验

提出了一种大气光学折射率结构常数的数值模式。一次输入日期、时间、经纬度、温度、湿度、风速、粗糙度、土壤参数，云量等相关参数，可得到24h内的温度、湿度、风场、折射率结构常数等量。通过与实测对比表明，无论是月平均折射率结构常数还是某天的折射率结构常数，模式计算与实测数据都符合得很好。模式计算的向下总辐射通量与实测数据基本一致。     

一维大气边界层光学折射率结构常数数值模式的实验检验

 提出了一种大气光学折射率结构常数的数值模式。一次输入日期、时间、经纬度、温度、湿度、风速、粗糙度、土壤参数，云量等相关参数，可得到24h内的温度、湿度、风场、折射率结构常数等量。通过与实测对比表明，无论是月平均折射率结构常数还是某天的折射率结构常数，模式计算与实测数据都符合得很好。模式计算的向下总辐射通量与实测数据基本一致。     

大气气溶胶粒子数密度谱和折射率虚部的测量

介绍一种综合利用光学粒子计数器和能见度仪测量大气气溶胶折射率虚部的新方法。首先，使用光学粒子计数器测量出大气气溶胶粒子的数密度谱(待订正)，用能见度仪同步测量出水平能见度。然后，根据球形粒子的米氏(Mie)散射理论，通过分析气溶胶粒子的折射率虚部、分档半径、粒子数密度谱、消光系数和能见度之间的关系，对分档半径进行订正，得到折射率虚部和能见度之间的对应关系。结合同步测量的能见度，反演出大气气溶胶粒子的折射率虚部。最后，利用折射率虚部对光学粒子计数器数据进行订正，得到大气气溶胶粒子的数密度谱。