1 中国科学院西安光学精密机械研究所 光子网络技术研究室，西安 710119
2 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室，西安 710119
3 中国科学院大学，北京 100049
针对湍流对水下成像系统的影响，基于Yao折射率起伏功率谱，推导了平面波的波结构函数，完善了水下光学成像模型，其优势在于将难以测量的微观参量如动能耗散率和温度耗散率，用平均温度和平均盐度等宏观参量代替。数值仿真了不同平均温度与平均盐度条件下水下湍流通过改变波前，进而对成像系统调制传递函数产生影响。仿真结果表明，平均温度与平均盐度升高，均会造成系统成像质量下降，进一步研究发现平均盐度增加，不同空间频率的调制传递函数值均线性下降，且下降幅度基本一致；随着平均温度升高，调制传递函数值线性下降，且高频成分的调制传递函数值下降得更快。为验证成像模型的正确性，设计搭建了3 m长的水下光学成像实验平台，利用相机记录分辨率板透过湍流的成像情况，得到不同平均温度与平均盐度条件下的调制传递函数曲线。对比实验与仿真结果发现，在平均温度10 ℃~30 ℃与平均盐度0 ppt~30 ppt范围内，对比度随平均温度与平均盐度变化趋势相同。该研究对水下光学成像系统的设计优化及水下图像处理具有一定的参考价值。
水下湍流 折射率起伏功率谱 波结构函数 调制传递函数 温度 盐度 Underwater turbulence Power spectrum Wave structure function Modulation transfer function Temperature Salinity 光子学报
2022, 51(12): 1211004
海军航空工程学院电子信息工程系山东省信号与信息处理重点实验室 山东 烟台 264001
利用大气光束动态测试仪对近海面的光斑扩展进行实验测量，将海洋环境大气折射率起伏功率谱与传统Kolmogorov大气折射率起伏功率谱下的光斑扩展模型进行对比分析。结果表明，实测光斑扩展起伏幅度比海洋谱和Kolmogorov谱的光斑扩展起伏幅度大，而海洋谱下的光斑扩展理论计算值在使用了实测的内尺度数据后起伏幅度很小；随着大气折射率结构常数的增加，大气海洋谱光斑扩展模型较Kolmogorov谱光斑扩展模型更接近实测值；当链路距离为1 km时，海洋谱光斑扩展的理论计算值与实测值的差值为0.1~1.5 cm，当链路距离为2 km时，差值为0.1~1.8 km，相对误差均在0.1%~11.4%之间。
大气光学 近海面 大气湍流 光斑扩展 准直高斯光束 大气折射率起伏功率谱 激光与光电子学进展
2016, 53(7): 070105
1 海军航空工程学院电子信息工程系, 山东 烟台 264001
2 山东省信号与信息处理重点实验室, 山东 烟台 264001
光束漂移是激光在大气湍流中传输时的一个重要效应。基于海上大气折射率起伏功率谱模型，推导得出了该环境大气湍流中水平路径光束漂移的理论表达式；为了分析所建立模型的适用性，利用CCD 成像技术，在烟台地区近海面环境下开展了多次激光传输实验，分别采集到了不同时间段和不同距离的准直高斯光束漂移实测数据，在弱起伏条件下，将理论预测值与实际测量值进行比较，分析结果表明：两者之间的相对误差值全部低于16%，说明所建立的海上环境光束漂移理论模型能够与实测值较好地吻合。所得到的研究结果将为研究海上环境下光束漂移问题提供更加准确的理论模型。
大气光学 激光传输 大气湍流 海上环境 折射率起伏功率谱 光束漂移 相对误差
