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，合肥 230031
2 国防科学技术大学 电子对抗学院 红外与低温等离子体安徽省重点实验室，合肥 230037
3 先进激光技术安徽省实验室，合肥 230037
4 合肥工业大学 物理学院，合肥 230601
5 中国科学技术大学研究生院科学岛分院，合肥 230026
工作于近地空间的星敏感器，其观测过程将不可避免受到天空背景辐射、大气湍流以及大气折射的影响。本文是星光成像的大气影响系列文章之二，建立了湍流大气星光传输模型，研究了恒星成像的大气湍流影响。基于ERA5数据和光学湍流预报方法得到大气湍流参数廓线，计算了典型地区不同时刻及观测条件下星光的闪烁指数，对比星光闪烁的理论值，验证了数值计算的可靠性。研究了湍流大气中星光传输的闪烁效应及星像质心的抖动特性，得到了典型观测高度及观测天顶角情况下的恒星抖动量。研究表明：恒星抖动的到达角和到达角起伏与星光的闪烁指数呈正相关关系，提升星敏感器的观测高度、减小星敏感器的观测天顶角，能一定程度上减轻星光成像的大气湍流影响。
星敏感器 恒星成像 大气湍流 闪烁指数 到达角起伏 Star sensor Star imaging Atmospheric turbulence Scintillation index Arrival angle fluctuation
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学院研究生院, 北京 100039
利用光传输实验的大气湍流模拟装置测量了光传输特性。采用到达角起伏和光强 闪烁两种方法来测试光传输特性。测试结果表明,温差1200℃时, Fried相干长度为0.740 cm;温差200℃时, 到达角起伏谱频率能达到100 Hz;光强闪烁强度频率可达100 Hz,湍流特征速度约0.1 m/s,外尺度约20 cm。湍 流模拟装置所测的性能指标和实际大气湍流性能较为接近,并且湍流强度具有较好的稳定性和可控性,能满足光传输实验要求。
大气湍流 光强闪烁 相干长度 到达角起伏 外尺度 atmospheric turbulence scintillation of beam coherence length arrival angle fluctuation outer scale
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所,大气光学中心,安徽,合肥,230031
2 上海交通大学图像处理与模式识别研究所,上海,200240
对基于聚焦光束后向散射到达角起伏的湍流测量进行了数值模拟.通过近轴标量波动方程和分形相屏算法,提出了聚焦光束二次传输的数值模型,分别就固定点信标光源和聚焦光束后向散射的到达角起伏方差的统计特征进行了分析,并取得了很好的相关性,得出了可以从聚焦光束的回波图像信号里提取大气湍流信息的结论.讨论了聚焦距离对固定点光源和回波光束的到达角起伏方差相似度的影响.
大气湍流 到达角起伏 聚焦光束 分形 Atmospheric turbulence Arrival angle fluctuation Focused laser beam Fractal 强激光与粒子束
2005, 17(12): 1799
中国科学院安徽光学精密机械研究所, 合肥 230031
利用不同的方法，测量并比较了用于自适应光学补偿实验的对流湍流池的相干长度。给出到达角起伏谱和起伏方差的概率分布。结果表明：在对流湍流池中，光束的到达角起伏谱满足“-8/3”幂。由于相位起伏服从正态分布，因此到达角起伏的方差呈χ2分布。到达角起伏在水平和垂直方向上的谱完全一致表明了湍流池湍流的各向同性特征。相干长度与对流湍流池上下温差的实验结果，符合以往对流湍流池的流体力学和热力学相似关系。
Fried相干长度 对流湍流池 到达角起伏谱
