[发明专利]一种大气折射率结构常数时空分布测量方法

说明书

本发明公开了一种大气折射率结构常数时空分布测量方法，包括：获取待测流场的莫尔条纹；根据待测流场的莫尔条纹计算得到标准莫尔条纹的包裹相位；根据标准莫尔条纹的包裹相位计算得到标准莫尔条纹真实相位；根据标准莫尔条纹真实相位计算得到标准莫尔条纹的偏折角；根据标准莫尔条纹的偏折角计算得到大气折射率结构常数时间分布和空间分布。本发明基于莫尔层析技术，实现了大气折射率结构常数时间分布和空间分布的同步测量，不受温度限制，具有实时、稳定和非接触等优点，为研究大气对光学探测和通信等方面的影响提供了参考。

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，具体涉及一种大气折射率结构常数时空分布测量方法。

背景技术

在莫尔层析技术对实际各类流场的折射率测量时，大气折射率结构常数的精度十分重要，极大影响大气湍流特性的重要参数结果。然而，到目前为止，测量大气折射率结构常数的方法很多，但各有范围受限等不完善之处。

现有文献1(周孟莲,刘晶儒.超声波法测量大气折射率结构常数.强激光与粒子束,17,4,2005)公开了一种超声波法测量大气折射率结构常数，该超声波法测量的常规气象参数在经过修正后较为可靠，但因其测温精度不可能提高到0.001K，导致温度测量不够精确等。

现有文献2(石鹏飞.基于常规气象参数的大气湍流建模技术研究.国防科学技术大学,2011)公开了一种光强闪烁法测量大气折射率结构常数，光强闪烁法的测量尺度与卫星遥感的像元尺度匹配较好，常常被广泛应用于外场陆面的通量实验研究，然而在实际应用中，产生能够传播很远距离的均匀的非相干面光源较为困难，因此存在着人眼不可见、调节困难等缺点，同时也限制了仪器最小可测的路径长度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种大气折射率结构常数时空分布测量方法，基于莫尔层析技术，实现大气折射率结构常数时间分布和空间分布的同步测量，不受温度限制，具有实时、稳定和非接触等优点。

本发明提供了如下的技术方案：

第一方面，提供一种大气折射率结构常数时空分布测量方法，包括：

获取待测流场的莫尔条纹；

根据待测流场的莫尔条纹计算得到标准莫尔条纹的包裹相位；

根据标准莫尔条纹的包裹相位计算得到标准莫尔条纹真实相位；

根据标准莫尔条纹真实相位计算得到标准莫尔条纹的偏折角；

根据标准莫尔条纹的偏折角计算得到偏折角时间分布上的方差和偏折角空间分布上的方差；

根据偏折角时间分布上的方差和偏折角空间分布上的方差分别计算得到大气折射率结构常数时间分布和大气折射率结构常数空间分布。

进一步的，所述标准莫尔条纹的包裹相位采用傅立叶分析法计算得到，具体包括：

选取待测流场莫尔条纹中的矩阵G作为计算区域，对其进行傅里叶分析，得到：

其中，B表示莫尔条纹频域信息，表示傅里叶变换；

提取莫尔条纹频域信息B中的一个旁瓣并平移至频域原点，得到频谱Q并进行傅里叶逆变换，得到：

其中，H表示傅里叶逆变换后的矩阵，表示傅立叶逆变换；

根据傅里叶逆变换后的矩阵H，利用反正切函数计算得到标准莫尔条纹的包裹相位ψ：

其中，Im表示虚部，Im[H]表示取H的虚部，Re表示实部，Re[H]表示取H的实部。