[发明专利]一种基于地面测量的大气光学湍流实时计算装置及方法

权利要求书

1.一种基于地面测量的大气光学湍流实时计算装置，其特征在于：包括大气光学湍流测量和统计单元、低空大气光学湍流廓线测量和拟合单元、近地面大气光学湍流廓线测量和拟合单元以及大气光学湍流分析单元；

所述大气光学湍流测量和统计单元用于测量和存储整个大气的光学湍流强度，包括大气光学湍流测量模块和大气光学湍流强度存储模块；

所述低空大气光学湍流廓线测量和拟合单元用于测量和拟合不同季节、不同时段的高精度低空大气湍流廓线，包含无人机飞行平台模块、高精度大气湍流测量模块、低空大气光学湍流强度计算模块和低空大气光学湍流强度统计模块；

所述近地面大气光学湍流廓线测量和拟合单元用于采集近地面大气光学湍流，并拟合近地面大气光学湍流廓线，包括近地面大气光学湍流测量模块和近地面大气光学湍流实时拟合模块；

所述大气光学湍流分析单元用于实时计算整个大气信道的光学湍流强度，包括大气光学湍流分布统计模块和大气光学湍流实时计算模块。

2.根据权利要求1所述的一种基于地面测量的大气光学湍流实时计算装置，其特征在于，所述大气光学湍流测量模块用于测量整个大气信道的光学湍流强度，大气光学湍流强度存储模块用于存储和统计该时刻测量的大气光学湍流强度：

，

其中，m表示第m时刻， 表示均值；

所述大气光学湍流测量模块使用标准的差分像运动监视仪测量整层大气的大气光学大气湍流强度；为获取各个时刻准确的大气光学湍流强度，大气光学湍流强度存储模块统计多次采集的同时刻的大气光学湍流强度的平均值。

3.根据权利要求2所述的一种基于地面测量的大气光学湍流实时计算装置，其特征在于，所述无人机飞行平台模块用于搭载高精度的大气光学湍流测量和统计单元；高精度的大气光学湍流测量模块用于精确测量大气光学湍流；所述低空大气光学湍流强度计算模块用于拟合低空大气光学湍流廓线，并计算低空大气光学湍流强度：

，

其中，h为索引，表示相对高度；h1为低空大气湍流测量的最高点；t为湍流廓线的测量时刻；为大气折射率结构常数；

低空大气光学湍流强度统计模块用于统计该时刻低空大气光学湍流强度：

，

其中，m表示第m时刻， 表示均值。

4.根据权利要求1所述的一种基于地面测量的大气光学湍流实时计算装置，其特征在于，所述近地面大气光学湍流测量模块用于实时测量和采集不同高度的大气光学湍流；近地面大气光学湍流实时拟合模块用于实时拟合近地面的大气光学湍流廓线，给出各时刻大气光学湍流强度随高度的衰减规律为：

，

其中，A和P表示指数关系的两个参数，h为索引，表示相对高度；t为湍流廓线的测量时刻；为大气折射率结构常数。

5.根据权利要求3所述的一种基于地面测量的大气光学湍流实时计算装置，其特征在于，所述大气光光学湍流分布统计模块用于分析特定时刻低空大气光学湍流在大气光学湍流强度的占比：

，

大气光学湍流实时计算模块根据拟合的近地面大气光学湍流廓线计算低空大气光学湍流强度，进而根据低空大气光学湍流在大气光学湍流强度的占比计算整个大气信道的光学湍流强度：

。

6.根据权利要求1-5之一所述的一种基于地面测量的大气光学湍流实时计算装置的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、所述大气光学湍流测量和统计单元长时间测量不同时刻的整层大气光学湍流强度，统计计算得到每个时刻的平均大气光学湍流强度；

步骤2、利用所述低空大气光学湍流廓线测量和拟合单元每小时放飞一次无人机，匀速飞行至低空高度，实时测量路径上的大气光学湍流，进而得到该时刻的大气光学湍流廓线，计算得到低空大气光学湍流强度；

步骤3、重复步骤2，多次获取相同时刻的低空大气光学湍流强度，统计计算得到每时刻的平均低空大气光学湍流强度；

步骤4、分析计算特定时刻低空大气光学湍流在大气光学湍流强度的占比；

步骤5、利用所述近地面大气光学湍流廓线测量和拟合单元实时测量近地面多层大气光学湍流，拟合得到低空大气光学湍流廓线；

步骤6、根据低空大气光学湍流廓线计算低空大气光学湍流强度，进而根据低空大气光学湍流在大气光学湍流强度的占比得到整层大气光学湍流强度。