[發明專利]一種利用相位結構函數增量比選取最優諧波次數的方法

有效

• 申請號: 201811296268.9
• 申請日: 2018-11-01
• 公開（公告）號: CN109359413B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 劉濤;張景芝;雷艷旭;孫春陽;朱聰
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/15
• 代理公司: 石家莊冀科專利商標事務所有限公司 13108
• 代理人: 李羨民;高錫明

一種利用相位結構函數增量比選取最優諧波次數的方法，用于提高最優諧波次數選取的準確度，其技術方案是，所述方法首先選取大氣湍流相位功率譜密度模型，得到相應的相位結構函數理論值；然后選取參考點位置并給出滿足相位屏準確性要求的相位結構函數增量比的取值范圍；最后將該相位結構函數增量比的取值范圍作為選取最優諧波次數的結束條件，通過計算不同諧波次數時的相位結構函數增量比得到所需的最優諧波次數。本發明根據滿足相位屏準確性要求的相位結構函數增量比的取值范圍確定最優諧波次數選取的結束條件，不僅能夠準確地選出所需的最優諧波次數，降低計算復雜度，而且應用范圍廣，對三種常用的相位功率譜密度模型均適用。

技術領域

本發明涉及一種大氣湍流數據的處理技術，特別是利用次諧波法模擬大氣湍流相位屏時使用的、用于選取最優諧波次數的方法，屬測量技術領域。

背景技術

到目前為止，大氣湍流相位屏的模擬方法有很多種，如基于快速傅里葉變換的譜反演法、基于正交多項式的Zernike多項式法、基于隨機中點位移的分形法等等。最常用的大氣湍流相位屏模擬方法之一就是譜反演法中的次諧波法，它不但彌補了經典譜反演法中低頻信息不足的問題，還擁有計算速度快、適用范圍廣的優點。利用此方法生成的大氣湍流相位屏的準確性與添加的諧波次數有關，隨著諧波次數的增加，生成相位屏的準確性越高。然而，當添加的諧波次數超過一定數值后，相位屏的準確性不但不再明顯提高，還會增加仿真時間，甚至造成數值變化，因此利用次諧波模擬大氣湍流相位屏時存在最優諧波次數。但是，目前關于如何選取最優諧波次數的研究很少。早期，在利用次諧波法模擬大氣湍流相位屏時，添加多少次諧波沒有依據，直至2004年，Sedmak才給出了一些非定量的實用評估標準；隨后Carbillet對其進行了改進，給出了兩種定量評估標準，然而這兩種標準均存在所得最優諧波次數不夠準確的問題。

從上述文獻可以看出，利用次諧波模擬大氣湍流相位屏時存在最優諧波次數，但利用現有評估標準選取最優諧波次數的準確度尚需提高。因此，需要設計新的選取最優諧波次數的評估標準，以獲取更準確的最優諧波次數，并利用其生成精確的大氣湍流相位屏。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術之弊端，提供一種利用相位結構函數增量比選取最優諧波次數的方法，以提高最優諧波次數選取的準確度。

本發明所述問題是以下述技術方案解決的：

一種利用相位結構函數增量比選取最優諧波次數的方法，所述方法首先選取大氣湍流相位功率譜密度模型，得到相應的相位結構函數理論值；然后設置初始條件，選取參考點位置并給出滿足相位屏準確性要求的相位結構函數增量比的取值范圍；最后將該相位結構函數增量比的取值范圍作為選取最優諧波次數的結束條件，通過計算不同諧波次數時的相位結構函數增量比得到所需的最優諧波次數。

上述利用相位結構函數增量比選取最優諧波次數的方法，所述方法的處理步驟為：

a.選取大氣湍流相位功率譜密度模型Φ_φ(f)，得到相應的相位結構函數理論值

b.設置初始條件，選取參考點位置并給出最優諧波次數選取的結束條件：

①初始條件包括：相位屏的尺寸D、大氣相干長度r₀(如果Φ_φ(f)為vonKármán模型，還需要設置大氣湍流外尺度L₀；如果Φ_φ(f)為修正的von?Kármán模型，還需要設置大氣湍流內尺度l₀和外尺度L₀)；

②選取參考點位置為r＝D/2；

③確定最優諧波次數選取的結束條件：設置滿足相位屏準確性要求的相位結構函數增量比的最大值P_DT，則最優諧波次數選取的結束條件為P_D≤P_DT；