云南高美古湍流大气中激光短曝光光斑统计特性研究

张骏昕; 梅海平; 沈刘晶; 黄印博; 罗福; 吴小龑

doi:doi:10.3788/CJL202148.0105001

中国激光, 2021, 48 (1): 0105001, 网络出版: 2021-01-12

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Statistical Properties of Short-Exposure Laser Patterns in Turbulent Atmosphere of Gaomeigu, Yunnan Province

张骏昕 ^1,2,3梅海平 ^1,3,*沈刘晶 ^1,3,4黄印博 ^1,3罗福 ⁵吴小龑 ⁵

作者单位

¹ 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室, 安徽合肥 230031

² 中国科学技术大学研究生院科学岛分院, 安徽合肥 230026

³ 先进激光技术安徽省实验室, 安徽合肥 230037

⁴ 安徽大学物质科学与信息技术研究院, 安徽合肥 230601

⁵ 中国工程物理研究院流体物理研究所, 四川绵阳 621900

图 & 表

图 1. 开阔下垫面测试布局及场景

Fig. 1. Test layout and scene over open terrain

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图 2. 峡谷测试布局及场景

Fig. 2. Test layout and scene over gully

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图 3. 高速相机拍摄的短曝光光斑图像

Fig. 3. Short-term exposure spot patterns taken by high-speed camera

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图 4. 普通手机相机拍摄的长曝光光斑图像

Fig. 4. Long-term exposure spot patterns taken by normal cellphone camera

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图 5. 不同孔径下四阶多项式拟合的闪烁指数

Fig. 5. Scintillation indexes fitted with fourth-order polynomial under different apertures

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图 6. 不同闪烁指数下孔径平均因子随接收孔径半径的变化

Fig. 6. Aperture averaging factor versus receiving aperture radius under different scintillation indexes

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图 7. 不同传输距离下 $C_{n}^{2}$ 随时间的变化

Fig. 7. $C_{n}^{2}$ versus time under different transmission distances

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图 8. l₀与 $β_{I}^{2}$ (0)的关系

Fig. 8. Relationship between l₀ and $β_{I}^{2}$ (0)

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图 9. -3a₃与 $β_{I}^{2}$ (0)的关系

Fig. 9. Relationship between -3a₃ and $β_{I}^{2}$ (0)

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图 10. $|3 (a_{3} - a_{0})|$ 与 $β_{I}^{}$
Fig. 10. Relationship between $|3 (a_{3} - a_{0})|$ and $β_{<}$
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图 11. 不同传输距离下的功率谱。(a) 1km; (b)2km; (c)3km; (d)4km; (e) 4.7km

Fig. 11. Power spectra under different transmission distances. (a) 1km; (b) 2km; (c) 3km; (d) 4km; (e) 4.7km

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图 12. 2km传输距离下归一化相关系数随轴偏移量的变化

Fig. 12. Normalized correlation coefficient versus axis offset under 2 km transmission distance

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表 12019年6月20日1km激光传输实验中的闪烁特征结果

Table1. Scintillation characteristics in 1km laser transmission experiment on Jun 20, 2019

Moment	$β_{I}^{2}$ (0.276)	$β_{I}^{2}$ (0)	A@r of 0.276m	$C_{n}^{2}$ /m^-2/3	l₀/m
12:55	0.0484	0.9748	0.0497	3.5296×10^-14	0.0181
13:13	0.0569	0.4997	0.1139	1.8094×10^-14	0.0266
13:18	0.0110	0.0174	0.6322	6.2850×10^-16	0.0810
13:27	0.0099	0.0117	0.8462	4.2518×10^-16	0.1333
13:35	0.0298	0.2728	0.1092	9.8765×10^-15	0.0261
13:53	0.0072	0.0614	0.1173	2.2216×10^-15	0.0270
14:22	0.0123	0.0577	0.2132	2.0903×10^-15	0.0367
14:35	0.0248	0.7847	0.0316	2.8413×10^-14	0.0148
14:40	0.0556	0.7967	0.0698	2.8849×10^-14	0.0212
14:46	0.0339	0.8460	0.0401	3.0634×10^-14	0.0165
15:03	0.0085	0.0856	0.0993	3.0992×10^-15	0.0250
15:07	0.0087	0.0295	0.2949	1.0673×10^-15	0.0442
15:23	0.0126	0.1708	0.0738	6.1840×10^-15	0.0217
15:42	0.0061	0.1257	0.0485	4.5502×10^-15	0.0179
16:01	0.0072	0.0994	0.0724	3.5987×10^-15	0.0215
16:03	0.0041	0.1299	0.0316	4.7021×10^-15	0.0148

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张骏昕, 梅海平, 沈刘晶, 黄印博, 罗福, 吴小龑. 云南高美古湍流大气中激光短曝光光斑统计特性研究[J]. 中国激光, 2021, 48(1): 0105001. Junxin Zhang, Haiping Mei, Liujing Shen, Yinbo Huang, Fu Luo, Xiaoyan Wu. Statistical Properties of Short-Exposure Laser Patterns in Turbulent Atmosphere of Gaomeigu, Yunnan Province[J]. Chinese Journal of Lasers, 2021, 48(1): 0105001.

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图 1. 开阔下垫面测试布局及场景

Fig. 1. Test layout and scene over open terrain

图 2. 峡谷测试布局及场景

Fig. 2. Test layout and scene over gully

图 3. 高速相机拍摄的短曝光光斑图像

Fig. 3. Short-term exposure spot patterns taken by high-speed camera

图 4. 普通手机相机拍摄的长曝光光斑图像

Fig. 4. Long-term exposure spot patterns taken by normal cellphone camera

图 5. 不同孔径下四阶多项式拟合的闪烁指数

Fig. 5. Scintillation indexes fitted with fourth-order polynomial under different apertures

图 6. 不同闪烁指数下孔径平均因子随接收孔径半径的变化

Fig. 6. Aperture averaging factor versus receiving aperture radius under different scintillation indexes

图 7. 不同传输距离下 $C_{n}^{2}$ 随时间的变化

Fig. 7. $C_{n}^{2}$ versus time under different transmission distances

图 8. l₀与 $β_{I}^{2}$ (0)的关系

Fig. 8. Relationship between l₀ and $β_{I}^{2}$ (0)

图 9. -3a₃与 $β_{I}^{2}$ (0)的关系

Fig. 9. Relationship between -3a₃ and $β_{I}^{2}$ (0)

图 10. $|3 (a_{3} - a_{0})|$ 与 $β_{I}^{}$
Fig. 10. Relationship between $|3 (a_{3} - a_{0})|$ and $β_{<}$
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Fig. 10. Relationship between $|3 (a_{3} - a_{0})|$ and $β_{<}$

图 11. 不同传输距离下的功率谱。(a) 1km; (b)2km; (c)3km; (d)4km; (e) 4.7km

Fig. 11. Power spectra under different transmission distances. (a) 1km; (b) 2km; (c) 3km; (d) 4km; (e) 4.7km

图 12. 2km传输距离下归一化相关系数随轴偏移量的变化

Fig. 12. Normalized correlation coefficient versus axis offset under 2 km transmission distance

表 12019年6月20日1km激光传输实验中的闪烁特征结果

Table1. Scintillation characteristics in 1km laser transmission experiment on Jun 20, 2019

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图 1. 开阔下垫面测试布局及场景

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图 3. 高速相机拍摄的短曝光光斑图像

Fig. 3. Short-term exposure spot patterns taken by high-speed camera

图 4. 普通手机相机拍摄的长曝光光斑图像

Fig. 4. Long-term exposure spot patterns taken by normal cellphone camera

图 5. 不同孔径下四阶多项式拟合的闪烁指数

Fig. 5. Scintillation indexes fitted with fourth-order polynomial under different apertures

图 6. 不同闪烁指数下孔径平均因子随接收孔径半径的变化

Fig. 6. Aperture averaging factor versus receiving aperture radius under different scintillation indexes

图 7. 不同传输距离下Cn2随时间的变化

Fig. 7. Cn2 versus time under different transmission distances

图 8. l0与βI2(0)的关系

Fig. 8. Relationship between l0 and βI2(0)

图 9. -3a3与βI2(0)的关系

Fig. 9. Relationship between -3a3 and βI2(0)

图 10. 3a3-a0与βIFig. 10. Relationship between 3a3-a0 and β< 下载图片 查看原文

Fig. 10. Relationship between 3a3-a0 and β<

图 11. 不同传输距离下的功率谱。(a) 1km; (b)2km; (c)3km; (d)4km; (e) 4.7km

Fig. 11. Power spectra under different transmission distances. (a) 1km; (b) 2km; (c) 3km; (d) 4km; (e) 4.7km

图 12. 2km传输距离下归一化相关系数随轴偏移量的变化

Fig. 12. Normalized correlation coefficient versus axis offset under 2 km transmission distance

表 12019年6月20日1km激光传输实验中的闪烁特征结果

Table1. Scintillation characteristics in 1km laser transmission experiment on Jun 20, 2019

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图 7. 不同传输距离下 $C_{n}^{2}$ 随时间的变化

Fig. 7. $C_{n}^{2}$ versus time under different transmission distances

图 8. l₀与 $β_{I}^{2}$ (0)的关系

Fig. 8. Relationship between l₀ and $β_{I}^{2}$ (0)

图 9. -3a₃与 $β_{I}^{2}$ (0)的关系

Fig. 9. Relationship between -3a₃ and $β_{I}^{2}$ (0)

图 10. $|3 (a_{3} - a_{0})|$ 与 $β_{I}^{}$
Fig. 10. Relationship between $|3 (a_{3} - a_{0})|$ and $β_{<}$
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Fig. 10. Relationship between $|3 (a_{3} - a_{0})|$ and $β_{<}$