发射与接收成像的Strehl比差异性研究

利用谱反演法来模拟畸变相位屏,通过设定激光发射系统的特征参量,计算得出发射光的远场光斑与接收光的远场光斑的峰值Strehl比,并根据Pearson相关性的定义,计算得出峰值Strehl比、相关系数大小随传输效应的特征参量（湍流效应特征参量D/r₀、热晕热畸变参量Nd）变化趋势.分析发射光与接收光的Strehl比的相对偏差,验证相关系数的合理性。通过分析其相对偏差和相关系数来研究发射光与接收光远场光斑Strehl比的差异性.     

南海海边整层大气相干长度的测量与分析

大气相干长度是描述光波大气传输中湍流效应的重要参量,具有区域变化特性。海边大气相干长度的测量结果很少有报道,利用差分像运动法大气相干长度仪观测了茂名博贺海边的整层大气相干长度,获得了海边大气相干长度的全天数据。数据分析表明,海边整层大气相干长度日变化明显,夜晚起伏无规则,上半夜平均天文视宁度好于下半夜,白天最差;与陆地数据比较得知,海边整层大气相干长度日变化不如陆地上的剧烈,海边日变化成近"V"型,陆地上的为近"U"型;通过分析比较,提出了一些启发性的见解。     

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。     

大气闪烁的时间频域特性研究

为了深入认识大气闪烁的时间频域特性,给在大气中工作的光学系统的工程设计和性能评估提供参考,理论推导了大气闪烁功率谱的通用解析表达式,数值研究了不同传输条件下大气闪烁的时间频域特性.孔径接收下,对于水平均匀路径,平面波闪烁功率谱高频区近似呈现-17/3幂率,球面波近似呈现-11/3幂率;对于整层下行路径,高频区均近似呈现-17/3幂率,低频区与高频区之间存在一缓变区,孔径越大,缓变区越宽.典型大气条件下低频区加上缓变区的频谱宽度约为150 Hz.     

探测器阵列高精度二维标定平台控制系统设计

为了实现快速、高精度探测器阵列标定,对探测器阵列高精度二维标定平台控制系统进行了研究,设计了采用单片机控制步进电机加编码器的闭环位移控制系统。介绍了该平台的标定原理和硬、软件控制系统设计,并对控制PID算法进行了研究,最后搭建了标定系统对控制系统进行综合测试。实验结果表明该控制系统有良好的控制能力,平台在600 mm×600 mm的有效行程内定位精度可达-11～12μm,十次单点测试数据变异系数为0.13%,连续模式下平均测量误差为1.65%。该平台设计满足探测器阵列的标定要求,为探测器阵列标定提供了一种有效手段。     

Hufnagel-Valley湍流强度廓线的高精度实时反演方法

分析了Hufnagel-Valley 大气湍流模型参数反演的必要性,根据实时测量的大气相干长度和等晕角,反演该模型中的两个可调参数,并提出了改进的反演计算公式。数值仿真结果表明,改进公式弥补了原有公式在近地面湍流较弱时,不能有效反演高空风速参数的不足;适合于反演不同的湍流条件,提高了湍流强度廓线的反演精度:以两种典型的风速模型为例,改进公式反演的参数,相对误差均在0.5%以内;同时改进公式也减弱了相干长度和等晕角测量误差对反演的影响。     

DIMM中计算公式的分析及验证实验

差分像运动监测仪（DIMM）是目前被广泛应用的大气相干长度测量仪,其传统计算公式中对接收子孔的要求限制了仪器的小型化。通过理论分析与数值计算,文中明确了计算公式中的物理意义,并提出采用新的计算公式能够降低对仪器几何结构的限制。用两个紧挨着的6 cm子孔替换原来标准DIMM中的子孔面罩,得到小型化DIMM测试原型,利用该小型化DIMM原型与一台标准DIMM放在一起同时观测相同的恒星开展大气相干长度测量对比实验。对于小型DIMM,实验结果显示,采用传统计算公式得到的纵向大气相干长度明显大于横向,而采用新计算公式得到的纵向与横向大气相干长度统计上更相一致。验证了文中关于DIMM中计算公式的论述。     

不同下垫面水平大气相干长度的测量与分析

与温度脉动仪测量结果对比验证了大气相干长度仪测量结果的可靠性,分析了两种仪器测量结果存在的差异及原因。对比大气相干长度仪测量的博贺海面、海边及合肥水平大气相干长度得出如下结论:全天海面水平大气相干长度最大,海边次之,合肥最小;合肥水平大气相干长度具有典型的日变化特征,清晨、傍晚转换时刻变化范围约4~10 cm、4~15 cm;海边水平大气相干长度清晨转换时刻变化范围约8~15 cm,特征与合肥相似,傍晚转换时刻后保持在12 cm左右;海面水平大气相干长度清晨转换时刻变化范围约9~12 cm,傍晚转换时刻约从15 cm迅速增至50 cm并保持2 h后迅速减至28 cm。结合不同下垫面的特点、天气状况及海陆风转换造成的影响,对上述实验结果进行了初步分析。