1 中国科学院合肥物质科学研究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 先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230037
3 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院，安徽 合肥 230026
为实现激光湍流大气传输效应的快速评估，采用数值仿真方法研究高斯光束远场长曝光光斑的定标规律。首先，对理想光束真空衍射和湍流扩展效应分别定标，结果表明光源截断强弱影响远场有效半径大小。然后，考虑衍射、初始像差、平台抖动和湍流扩展的相互作用，改进了半径平方加和假设，建立了远场63.2%环围功率半径和平均光强的定标规律模型。特别地，对于截断因子为的高斯光束，在实际激光系统特性、常用光学湍流廓线、地对空传输路径组成的参数空间中开展了数值仿真，利用遗传算法确定了模型的标度指数。结果表明基于改进的半径平方加和方法所建立的定标规律模型精度有了显著提升。定标规律模型与数值仿真的结果对比表明，真空传输远场半径的平均相对偏差为1.55%，湍流大气传输远场半径和平均光强的平均相对偏差分别为1.92%和3.80%。
大气光学 大气传输 高斯光束 定标规律 精度 中国激光
2023, 50(22): 2205001
1 中国科学院 合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所， 大气光学重点实验室，安徽合肥23003
2 中国科学技术大学，安徽合肥3006
3 先进激光技术安徽省实验室，安徽合肥2007
对于恒星光斑成像，传统的梯度评价算法在重度离焦情况下梯度细节薄弱，难以识别正确的调焦方向。为了实现跟星系统对恒星的快速成像和可靠跟踪，建立了针对恒星成像特征进行评价的自动调焦系统，对系统的聚焦评价算法、自动调焦结构以及自动控制系统进行研究。通过跟星系统成像的灰度分布情况分析光斑图像梯度特征在正焦和离焦时的区别。根据恒星光斑成像灰度级差异变化的特点，将背景值纳入评价贡献，在传统的梯度评价函数中加入光斑信号灰度差异贡献。设计适用改进算法的调焦硬件结构和系统结构，利用步进电机和调焦底座组成调焦组件，通过计算控制单元驱动调焦组件实现自动调焦系统。利用搭载调焦系统的跟星装置进行实验和分析。实验结果表明：自动调焦装置能够在跟星系统中稳定地进行调焦工作，且改进算法相对于传统梯度算法有着更好的调焦方向性，在保持传统梯度算法67%灵敏度的同时，将局部极值点减小为0。改进算法不受梯度细节薄弱影响，能够在不同离焦程度下保持较好的调焦方向性和正焦灵敏性，跟星系统在搭载自动调焦装置后能够快速搜索合适焦距并进行大气光学特性测量。
恒星聚焦 自动调焦 图像清晰度 步进电机 跟星系统 stellar focus auto focus image clarity stepper motor follow-star system 光学 精密工程
2023, 31(14): 2009
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 先进激光技术安徽省实验室, 安徽 合肥 230037
通过构建人工神经网络模型估算中国西北高原地区近地面光学湍流。对多层感知器(MLP)的结构进行优化,其输入层包括10个特征,隐含层包括40个神经元。探讨已建多层感知器的性能,结果表明:当训练集和测试集来自同一地区时,模型的平均相对误差为1.34%,折射率结构常数的实测值和估计值的拟合优度为0.94;当训练集和测试集来自不同地区时,多层感知器的泛化能力需进一步提高。
大气光学 光学湍流 多层感知器 估计精度 光学学报
2020, 40(24): 2401002
1 中国科学院合肥物质科学研究院, 中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 先进激光技术安徽省实验室, 安徽 合肥 230037
3 中国人民解放军海军研究院, 北京 100055
高能激光在实际大气中的传输是一个涉及到光传播机理、大气光学特性以及激光与大气相互作用的复杂过程, 评估高能激光大气传输性能, 不仅需要开展激光传输机理研究, 建立高能激光大气传输数理模型, 还需要对实际传输路径中的大气光学特性进行测量和分析。针对高能激光系统工程应用的迫切需求, 简要介绍了高能激光大气传输性能评估研究的方法和发展现状, 重点讨论了影响高能激光大气传输评估准确性的大气参数测量不确定性问题, 指出了高能激光大气传输评估应重点关注的研究方法、测量的大气参数及评估技术发展的趋势。
激光技术 大气传输 高能激光 传输效应评估 不确定性研究 laser technology atmospheric propagation high energy laser evaluation of propagating performance uncertainty analysis
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 230031
3 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230026
引入全局敏感性分析方法,研究典型传输场景下113个输入参数的不确定性对热畸变参数(ND)数值模型的影响。通过主效应检测将输入参数分为对ND影响重要的参数和不重要的参数;把主效应检测筛选出的不重要参数固定后,采用基于方差的敏感性分析方法定量评估20个重要输入参数对ND的影响。结果表明,低空大气参数的影响较大,它们既可以直接对ND产生影响,也可以通过和其他参数相互作用对ND产生影响;对ND影响最重要的参数是低空大气吸收系数。所得结果能够指导实际工作中大气参数的测量和模式的构建。
大气光学 敏感性分析 热晕效应 吸收系数 散射系数 光学学报
2018, 38(10): 1001001
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Atmospheric Composition and Optical Radiation, Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230031, China
2 Science Island Branch of Graduate School, University of Science and Technology of China, Hefei 230031, China
3 School of Environmental Science and Optoelectronic Technology, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
To evaluate the effects of intermittency and stratification on propagation of laser beams, we analyze experimental radiosonde profiles using complete ensemble empirical mode decomposition. First, we extract intermittency and stratification at different scales from the original Cn2 profiles. Second, we establish an intrinsic optical turbulence model (IOTM), which includes fine structures. Third, we calculate several turbulence moments using IOTM. The results quantitatively evaluate the effects of variations at different scales on typical parameters relevant to optical turbulence effects.
010.1290 Atmospheric optics 010.1300 Atmospheric propagation Chinese Optics Letters
2017, 15(8): 080101
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气成分与光学重点实验室， 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 中国科学院合肥物质科学研究院医学物理与技术中心， 安徽 合肥 230031
基于微脉冲激光雷达测量数据，提出了利用气溶胶标高计算整层大气气溶胶光学厚度(AOD)的算法。首先利用激光雷达垂直和水平测量数据分别反演得到气溶胶垂直消光系数廓线和近地面水平方向的消光系数；然后将气溶胶垂直消光系数廓线分为4种类型，分别按照不同的方法拟合得到气溶胶标高；最后将气溶胶标高与近地面消光系数相结合，可得到整层大气AOD。将计算结果与同一地区相同时刻太阳光度计的测量结果相比较，发现二者具有较好的一致性，平均相对误差不超过6.7%。所提方法为白天少云和夜晚时段大气AOD的反演提供了一种新的技术手段。
大气光学 气溶胶光学厚度 气溶胶标高 激光雷达 太阳光度计
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气成分与光学重点实验室, 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 230031
气溶胶标高是反映气溶胶浓度和消光系数廓线垂直分布特性的一个重要物理量。使用微脉冲激光雷达测量了我国西北典型地区的气溶胶消光系数廓线; 使用太阳光度计测量了大气的垂直光学厚度; 对测量数据进行拟合, 得到了气溶胶标高。结果表明, 两种方法得到的气溶胶标高具有很好的线性相关性, 相关系数大于0.87。对该地区的气溶胶标高进行了统计分析, 得到气溶胶标高随时间、地域及气候条件的变化关系。该研究对了解西北地区的气溶胶变化特征和建立气溶胶模式具有一定的参考意义。
大气光学 气溶胶标高 消光系数 光学厚度 激光雷达 太阳光度计
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所大气成分与光学重点实验室, 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 230031
3 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230026
为了可靠地评估大气的光束传播效应, 必须确定大气光学湍流的路径分布。采用高分辨率无线电探空仪探测光学湍流强度的垂直分布,利用集合经验模态分解将其分解为不同尺度的本征模态分量, 并分析了不同分量变化的周期性及对整体变化的贡献。结果表明,部分本征模态函数分量具有周期性, 并通过了周期显著性检验; 方差贡献率表明整体趋势变化和随机强噪声是大气光学湍流廓线随高度变化的主要原因。利用基于连续均方误差准则的滤波方法实现了大气光学湍流确定项和随机项的分离,相关分析得到背景水平和统计平均值相关系数大于0.99。并分析随机项得出光学湍流随机项是非平稳序列且具有多重分形结构。
大气光学 湍流 集合经验模态分解 周期尺度 背景水平
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气成分与光学重点实验室, 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 230031
3 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230026
基于大气相干长度和等晕角综合测量系统在中国西部地区的长期测量资料，分析了大气相干长度和等晕角的时间变化和统计分布特征，给出了白天、夜间、傍晚转换时刻三个时段大气相干长度和等晕角的平均值和标准差。对原始数据的概率分布统计表明，不同地区不同月份大气相干长度和等晕角近似满足对数正态分布，并采用样本偏度和样本峰度描述样本分布同正态分布的偏离程度。分析了大气相干长度和等晕角月平均值的相关性，定性评估了不同时段高层湍流和近地湍流对大气相干长度和等晕角的贡献。
大气光学 大气相干长度 等晕角 对数正态分布 相关性分析
