分析了折返路径光学湍流激光成像探测技术发展的背景和意义,阐述了湍流大气中的折返路径激光传输物理过程及其数学模型。 利用构建的实验系统,获取了人造流场和自然湍流场中动态变化的激光散斑回波图像,分析了图像的典型特征。计算表明: 利用低通滤波算法可将激光光斑分解成低频的阴影和高频的散斑亮点图像;对相邻的两帧阴影图像进行互相关运算,可以获得 二维的横向风场矢量,从而实现湍流场及其中涡旋结构的可视化,同时显示出湍流场在空间上的各向异性。提出了若干有待探究 的科学问题,例如如何利用风场矢量提取光学湍流的尺度参数,以及如何利用散斑亮点结合背景纹影技术来分析湍流场结构等, 作为下一步的研究目标。

利用红光激光器、3M微晶棱镜阵列反光膜和长焦高速CCD相机构建的折返路径激光成像探测系统,进行了湍流大气中1 km传输路径上的 激光光斑回波成像探测实验,同时使用激光闪烁仪实时监测湍流强度变化。首先对获得的激光回波光斑图像的强度分布进行了 直观分析,比较了在不同湍流强度下折返路径激光光斑形态的差异,接着统计计算了不同湍流强度下,光斑光强概率密度分布与 光斑图像位置和区域面积大小的关系。结果表明: 折返路径下的激光传输光强起伏概率密度函数在光斑上的各处基本都 符合对数正态分布,但在质心附近的区域符合程度更高,且符合程度与接收面积大小呈负相关。同时湍流强度对回波 光斑平面上不同位置之间、不同接收区域大小之间符合正态分布程度的差异有一定影响。

采用红光激光器、3M微晶棱镜阵列反光膜和长焦高速CCD(电荷耦合器件)构建的折返路径激光成像探测系统, 进行典型天气条件下湍流大气中1 km传输路径上的激光光斑回波成像探测实验, 并配备激光闪烁仪和大气相干长度仪实时监测湍流参数。对激光光斑图像的强度进行了统计分析, 获得了不同位置、不同光斑孔径范围内的闪烁指数和光强起伏的空间相关系数, 并尝试拟合得出了光斑中心点理想的点闪烁指数。将依据该闪烁指数推算出的湍流折射率结构常数与实时监测数据进行对比分析, 结果表明：利用该方法所得的湍流折射率结构常数与激光闪烁仪实测值在变化趋势上具有良好的一致性, 并且折返路径激光成像探测方法容易确保傍轴近似条件, 理论上更符合实际。该系统不仅可用于观测受大气湍流影响的完整的远场激光光斑, 通过定量化理论建模, 还有望发展成为一种单端的大气光学湍流参数成像探测新技术。