[發明專利]一種大氣折射率結構常數時空分布測量方法

在審

• 申請號: 202310030412.9
• 申請日: 2023-01-10
• 公開（公告）號: CN116008233A
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 陳云云;張綺方;程偉昊;陳雅宜
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 馬進

本發明公開了一種大氣折射率結構常數時空分布測量方法，包括：獲取待測流場的莫爾條紋；根據待測流場的莫爾條紋計算得到標準莫爾條紋的包裹相位；根據標準莫爾條紋的包裹相位計算得到標準莫爾條紋真實相位；根據標準莫爾條紋真實相位計算得到標準莫爾條紋的偏折角；根據標準莫爾條紋的偏折角計算得到大氣折射率結構常數時間分布和空間分布。本發明基于莫爾層析技術，實現了大氣折射率結構常數時間分布和空間分布的同步測量，不受溫度限制，具有實時、穩定和非接觸等優點，為研究大氣對光學探測和通信等方面的影響提供了參考。

技術領域

本發明屬于光學測量技術領域，具體涉及一種大氣折射率結構常數時空分布測量方法。

背景技術

在莫爾層析技術對實際各類流場的折射率測量時，大氣折射率結構常數的精度十分重要，極大影響大氣湍流特性的重要參數結果。然而，到目前為止，測量大氣折射率結構常數的方法很多，但各有范圍受限等不完善之處。

現有文獻1(周孟蓮,劉晶儒.超聲波法測量大氣折射率結構常數.強激光與粒子束,17,4,2005)公開了一種超聲波法測量大氣折射率結構常數，該超聲波法測量的常規氣象參數在經過修正后較為可靠，但因其測溫精度不可能提高到0.001K，導致溫度測量不夠精確等。

現有文獻2(石鵬飛.基于常規氣象參數的大氣湍流建模技術研究.國防科學技術大學,2011)公開了一種光強閃爍法測量大氣折射率結構常數，光強閃爍法的測量尺度與衛星遙感的像元尺度匹配較好，常常被廣泛應用于外場陸面的通量實驗研究，然而在實際應用中，產生能夠傳播很遠距離的均勻的非相干面光源較為困難，因此存在著人眼不可見、調節困難等缺點，同時也限制了儀器最小可測的路徑長度。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種大氣折射率結構常數時空分布測量方法，基于莫爾層析技術，實現大氣折射率結構常數時間分布和空間分布的同步測量，不受溫度限制，具有實時、穩定和非接觸等優點。

本發明提供了如下的技術方案：

第一方面，提供一種大氣折射率結構常數時空分布測量方法，包括：

獲取待測流場的莫爾條紋；

根據待測流場的莫爾條紋計算得到標準莫爾條紋的包裹相位；

根據標準莫爾條紋的包裹相位計算得到標準莫爾條紋真實相位；

根據標準莫爾條紋真實相位計算得到標準莫爾條紋的偏折角；

根據標準莫爾條紋的偏折角計算得到偏折角時間分布上的方差和偏折角空間分布上的方差；

根據偏折角時間分布上的方差和偏折角空間分布上的方差分別計算得到大氣折射率結構常數時間分布和大氣折射率結構常數空間分布。

進一步的，所述標準莫爾條紋的包裹相位采用傅立葉分析法計算得到，具體包括：

選取待測流場莫爾條紋中的矩陣G作為計算區域，對其進行傅里葉分析，得到：

其中，B表示莫爾條紋頻域信息，表示傅里葉變換；

提取莫爾條紋頻域信息B中的一個旁瓣并平移至頻域原點，得到頻譜Q并進行傅里葉逆變換，得到：

其中，H表示傅里葉逆變換后的矩陣，表示傅立葉逆變換；

根據傅里葉逆變換后的矩陣H，利用反正切函數計算得到標準莫爾條紋的包裹相位ψ：

其中，Im表示虛部，Im[H]表示取H的虛部，Re表示實部，Re[H]表示取H的實部。