[發明專利]一種基于渦旋光束的湍流強弱判定方法

有效

• 申請號: 201811455569.1
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN109767420B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 孫艷玲;張家瑞;魯振中;廖家莉;馬琳
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T5/40
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 張捷

本發明涉及一種基于渦旋光束的湍流強弱判定方法，包括：S1：將初始渦旋光束與初始平面光束進行干涉，得到無湍流干涉圖樣；S2：使所述初始渦旋光束進入湍流環境，獲得湍流渦旋光束；S3：將所述湍流渦旋光束與所述初始平面光束進行干涉，獲得攜帶湍流信息的湍流干涉圖樣；S4：根據所述無湍流干涉圖樣和所述湍流干涉圖樣分別進行計算并比較，以判斷所述湍流環境的湍流強弱。本發明的湍流強弱判定方法，采用渦旋光束對湍流環境進行探測，它的傳輸距離更遠、傳輸效率更高、傳輸更穩定，對湍流強弱的判定更準確，而且更易于判定、方便操作，適用于各種湍流環境。

技術領域

本發明屬于激光應用技術領域，具體涉及一種基于渦旋光束的湍流強弱判定方法。

背景技術

渦旋光束是一種攜帶有“光學渦旋”現象的光束，其波陣面是一種螺旋渦狀，這也是渦旋光束與普通光束最大的區別。在水下湍流環境中，渦旋光束與普通光束相比具有更遠的傳播距離、更穩定的信息傳輸、更高的傳輸效率以及更多的數據容量。隨著海洋資源的不斷開發和海洋國防意識的不斷明確，對海水中動態目標的探測和艦船目標的尾跡追蹤成為了一個重要的研究課題。

目前水下環境探測大多采用普通光束，它的傳輸不穩定，對湍流強弱判定需要精細復雜的裝置。而且普通光束在渾濁非靜態海水中傳輸距離相對渦旋光束要近的多，現有的基于普通光束的湍流探測方法不適合在遠距離使用。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種基于渦旋光束的湍流強弱判定方法。本發明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：

本發明提供了一種基于渦旋光束對湍流強弱的判定方法，包括：

S1：將初始渦旋光束與初始平面光束進行干涉，得到無湍流干涉圖樣；

S2：使所述初始渦旋光束進入湍流環境，獲得湍流渦旋光束；

S3：將所述湍流渦旋光束與所述初始平面光束進行干涉，獲得攜帶湍流信息的湍流干涉圖樣；

S4：根據所述無湍流干涉圖樣和所述湍流干涉圖樣分別進行計算并比較，以判斷所述湍流環境的湍流強弱。

在本發明的一個實施例中，在所述S1之前還包括：

S0：獲取所述初始渦旋光束和所述初始平面光束。

在本發明的一個實施例中，所述S0包括：利用空間光調制器生成所述初始渦旋光束，利用激光器生成高斯光束，高斯光束的束腰處可近似看做所述初始平面光束。

在本發明的一個實施例中，所述S4包括：

S41：將所述無湍流干涉圖樣和所述湍流干涉圖樣分別進行灰度圖轉換，得到無湍流灰度圖和湍流灰度圖；

S42：將所述無湍流灰度圖和所述湍流灰度圖分別進行傅里葉變換，獲得無湍流頻譜圖和湍流頻譜圖。

S43：將所述無湍流頻譜圖和所述湍流頻譜圖分別進行灰度計算，獲得無湍流灰度均差值和湍流灰度均差值；

S44：比較所述無湍流灰度均差值和所述湍流灰度均差值，判斷所述湍流環境的湍流強弱。

在本發明的一個實施例中，所述S42包括：

S421：將所述無湍流灰度圖和所述湍流灰度圖的圖像數據格式分別轉換為第一雙精度浮點型數據和第二雙精度浮點型數據；

S422：對所述第一雙精度浮點型數據和第二雙精度浮點型數據分別進行二維離散傅里葉變換，得到第一二維離散傅里葉數據和第二二維離散傅里葉數據；

S423：對所述第一二維離散傅里葉數據和第二二維離散傅里葉數據分別進行快速傅里葉變換，得到第一快速傅里葉數據和第二快速傅里葉數據；