[發明專利]一種用于分層大氣湍流強度測量的高度優化方法

有效

• 申請號: 201711096299.5
• 申請日: 2017-11-09
• 公開（公告）號: CN107966745B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 王志勇;饒長輝;張蘭強;孔林;鮑華;郭有明;饒學軍;鐘立波;朱磊
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G01W1/00
• 分類號: G01W1/00;G06T7/62
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種用于分層大氣湍流強度測量的高度優化方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

步驟(1)、記錄連續M幀大視場夏克-哈特曼波前傳感器圖像，波前傳感器子孔徑直徑D，波前傳感器子孔徑排布，橫跨望遠鏡瞳面直徑的波前傳感器子孔徑數N；

步驟(2)、對單個子孔徑圖像初始分割出2個目標，根據子孔徑排布分別計算2個目標在各個子孔徑的斜率；

步驟(3)、采用太陽差分圖像運動監測儀加S-DIMM+方法，或在S-DIMM+方法基礎上改進或泛化的方法，以步驟(2)的斜率和子孔徑排布作為輸入，獲得一定高度范圍的離散為多層薄層的大氣層的局部大氣相干長度，或含有局部大氣相干長度的新參數；

步驟(4)、獲取每層大氣層的大氣湍流強度權重，大氣湍流強度用大氣相干長度表征；通過判斷大氣湍流強度權重分布，得到大氣湍流產生的主要高度范圍；

步驟(5)、判斷特定高度大氣層的湍流權重是否超過閾值P，或特定高度范圍內的大氣層的湍流權重之和是否超過閾值P；若超過P，則輸出大氣湍流分布的高度范圍；若小于或者等于閾值P，則返回步驟(2)，對單個子孔徑圖像重新分割出2個目標，并重復步驟后續步驟；其中重新分割的兩個目標的角度間隔大于前一次分割出的兩個目標的角度間隔，這樣波前傳感器探測的大氣湍流高度范圍將低于前一次探測的高度范圍。

2.根據權利要求1所述的一種用于分層大氣湍流強度測量的高度優化方法，其特征在于，在步驟(2)和步驟(3)中，對單個子孔徑圖像初始分割出的2個目標，即目標1和目標2，在兩個目標連線方向的尺寸為α，且目標1和目標2的初始中心間隔也為α；根據目標1和目標2的斜率以及子孔徑的排布，S-DIMM+方法獲取局部大氣相干長度的步驟為：

(a).根據子孔徑排布，選擇兩個子孔徑，即子孔徑1和子孔徑2，子孔徑間的距離為s；子孔徑中心點連線方向定義為x方向，垂直連線的方向定義為y方向，子孔徑1的目標1定義為坐標原點0，子孔徑1的目標2定義為坐標α，子孔徑2的目標1定義為坐標s，子孔徑2的目標2定義為坐標s+α；

(b).獲取目標1在子孔徑1和子孔徑2的x方向的斜率：x^[1](0),x^[1](s)，其中上標[1]表示目標1；獲取目標2在子孔徑1和子孔徑2的x方向的斜率：x^[2](α)，x^[2](s+α)，其中上標[2]表示目標2；同理，y方向的斜率依次為：y^[1](0),y^[1](s),y^[2](α)，y^[2](s+α)；

(c).獲取目標1和目標2在x方向的斜率差分協方差：

δx^[1](s,0)δx^[2](s,α)＝(x^[1](s)-x^[1](0))(x^[2](s+α)-x^[2](α)) (1)

獲取目標1和目標2在y方向的斜率差分協方差：

δy^[1](s,0)δy^[2](s,α)＝(y^[1](s)-y^[1](0))(y^[2](s+α)-y^[2](α)) (2)

(d).由波前傳感器子孔徑直徑D，橫跨望遠鏡瞳面直徑的波前傳感器子孔徑數N，目標1和目標2的初始間隔α，確定波前傳感器探測的分層大氣湍流層高度h_n依次為：0，D/α，…，(N-1)D/α，共N層；空間結構函數由參數s，α，D，h_n確定，其中x方向的空間結構函數為c_n F_x(s,α,h_n)，y方向的空間結構函數為c_n F_y(s,α,h_n)，其中：

c_n＝0.358λ²r₀(h_n)^-5/3D_eff(h_n) (3)

F_x(s,α,h_n)＝I((αh_n-s)/D_eff,0)/2+I((αh_n+s)/D_eff,0)/2-I((αh_n)/D_eff,0) (4)

F_y(s,α,h_n)＝I((αh_n-s)/D_eff,π/2)/2+I((αh_n+s)/D_eff,π/2)/2-I((αh_n)/D_eff,π/2)(5)

I(s/D,0)＝1-541/(s/D)^1/3 (6)

I(s/D,π/2)＝1-0.811/(s/D)^1/3 (7)

D_eff(h_n)＝D+αh_n (8)

其中r₀(h_n)表示高度為h_n的大氣湍流層的局部大氣相干長度，λ表示探測光波的波長；

(f).采用最小二乘擬合方法，獲取大氣湍流高度h_n的局部大氣相干長度r₀(h_n)，擬合公式為：