[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

说明书

本发明提出了一种基于地面测量的大气光学湍流实时计算装置及方法。由于大气光学湍流强度主要由低空大气的光学湍流决定，且低空大气的光学湍流随高度近似呈指数分布，因此，本发明通过测量统计低空大气光学湍流在整个大气光学湍流中的占比，同时通过近地面实时测量大气光学湍流实时修正低空大气光学湍流拟合系数，进而实现间接实时测试大气光学湍流强度的目的。

技术领域

本发明涉及星地激光通信领域，尤其涉及星地激光通信地面站大气光学湍流的实时测量和计算领域，具体涉及一种基于地面测量的大气光学湍流实时计算装置及方法。

背景技术

随着遥感技术的快速发展，卫星载荷数量及载荷的分辨率大幅提高，其产生的数据量呈几何级增长，因而对高速星地数据传输的需求日益迫切。星地激光通信可用带宽可达到THz量级，通信速率可达百Gbps量级，是未来星地高速数据传输的重要方式。但是，激光大气传输需要对大气湍流信道进行定量的描述。大气相干长度描述了整层大气传输路径上的综合湍流强度，为分析激光在整层大气中的上行或下行传输提供基本的参数。

目前，差分像运动法是目前测量大气相干长度的通用方法，其优势在于可以消除望远镜的跟踪误差、抖动和风的影响，用小口径的望远镜以及价格便宜的CCD即可实现。差分像运动监视仪即是利用该方法测量大气相干长度的仪器，该仪器通过测量星光的到达角起伏引起的星像重心变化，计算得到大气相干长度。但是，该方法仅工作在可观测恒星的环境下，在遇到云层阻挡或者天光背景强烈的情况时无法工作。

发明内容

为解决目前无法全天候实时测量计算大气光学湍流的问题，本发明提出了一种基于地面测量的大气光学湍流实时计算装置及方法。由于大气光学湍流强度主要由低空大气的光学湍流决定，且低空大气的光学湍流随高度近似呈指数分布，因此，本发明通过测量统计低空大气光学湍流在整个大气光学湍流中的占比，同时通过近地面实时测量大气光学湍流实时修正低空大气光学湍流拟合系数，进而实现间接实时测试大气光学湍流强度的目的。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于地面测量的大气光学湍流实时计算装置，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。

进一步地，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。

进一步地，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：