一种基于谱反演法的大气湍流相位屏仿真方法技术

一种基于谱反演法的大气湍流相位屏仿真方法，所述方法首先选取大气湍流模型，得到需要仿真的相位功率谱密度Φφ(f)，然后对需要仿真的相位功率谱密度Φφ(f)进行均匀采样，得到相位屏的高频部分φHF(m,n)；在低频区域，使用一种改进的次谐波方法进行重采样，得到相位屏的低频部分φLF(m,n)，最后将相位屏的高频部分与低频部分相加，构成最终的湍流相位屏φ(m,n)。本发明专利技术采用改进的次谐波方法进行次谐波重采样，很好地解决了传统谱反演法存在的低频信息不足的问题，大大提高了仿真结果的准确性，低频误差大约在百分之四。该方法不仅能够快速精确地模拟出大气湍流相位屏，而且计算复杂度低，适于推广应用。

A simulation method of atmospheric turbulence phase screen based on spectral inversion method

A phase screen simulation method for Atmospheric Turbulence Based on spectral inversion method is presented. Firstly, the atmospheric turbulence model is selected and the phase power spectral density934 An improved sub-harmonic method is used to re-sample and get the low frequency part of the phase screen. Finally, the high frequency part of the phase screen is added to the low frequency part to form the final turbulent phase screen. The invention adopts the improved sub-harmonic method for sub-harmonic resampling, solves the problem of insufficient low-frequency information existing in the traditional spectral inversion method, greatly improves the accuracy of simulation results, and the low-frequency error is about 4%. This method can not only simulate the phase screen of atmospheric turbulence quickly and accurately, but also has low computational complexity and is suitable for popularization and application.

【技术实现步骤摘要】
一种基于谱反演法的大气湍流相位屏仿真方法
本专利技术涉及一种计算复杂度低，且能快速精确地模拟大气湍流相位屏的方法，属于气象学

技术介绍
模拟大气湍流引起的波前失真长期以来一直是研究大气中光传播、大型天文望远镜和自适应光学系统的设计、以及高级散斑成像算法开发中的重要工具。对大气湍流进行研究的方法包括理论分析研究、实验研究及数值模拟仿真，而数值模拟仿真因具有独特的优越性已成为目前研究大气湍流的主要手段，这种方法的核心问题之一是如何快速精确地建立大气湍流相位屏。数值模拟大气湍流相位屏的仿真方法有基于快速傅里叶变换(FFT)的功率谱反演法，它的基本思想是利用大气湍流功率谱的平方根对一个复高斯白噪声过程进行滤波，然后进行傅里叶逆变换得到具有明确功率谱的大气扰动相位。但由于此方法对空间网格点平均取样，因而不能充分地对功率谱的低频信息进行采样。为了弥补这一缺点，人们又提出了次谐波方法、Zernike多项式展开法。其中次谐波方法是在基于FFT的功率谱反演法基础上对相位屏进行了低频补偿，在低频补偿时将原点采样区域划分为9个相同大小的子区域，第一次谐波采样点放置在八个外部子区域，将新的原点采样本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于谱反演法的大气湍流相位屏仿真方法，其特征是，所述方法首先选取大气湍流模型，得到需要仿真的相位功率谱密度Φφ(f)，然后对需要仿真的相位功率谱密度Φφ(f)进行均匀采样，得到相位屏的高频部分φHF(m,n)；在低频区域，使用一种改进的次谐波方法进行重采样，得到相位屏的低频部分φLF(m,n)，最后将相位屏的高频部分与低频部分相加，构成最终的湍流相位屏φ(m,n)。

【技术特征摘要】
1.一种基于谱反演法的大气湍流相位屏仿真方法，其特征是，所述方法首先选取大气湍流模型，得到需要仿真的相位功率谱密度Φφ(f)，然后对需要仿真的相位功率谱密度Φφ(f)进行均匀采样，得到相位屏的高频部分φHF(m,n)；在低频区域，使用一种改进的次谐波方法进行重采样，得到相位屏的低频部分φLF(m,n)，最后将相位屏的高频部分与低频部分相加，构成最终的湍流相位屏φ(m,n)。2.根据权利要求1所述的一种基于谱反演法的大气湍流相位屏仿真方法，其特征是，所述方法包括以下步骤：a.选取大气湍流模型，得到需要仿真的相位功率谱密度Φφ(f)，f为选取的空间频率；b.设置初始条件，包括：相位屏的x方向和y方向的二维空间尺寸Gx,Gy、x方向和y方向的采样点数Nx,Ny、x方向和y方向的频域采样间隔Δfx,Δfy、大气相干长度r0，对二维相位功率谱密度Φφ(f)进...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘涛，张景芝，雷艳旭，张珂，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北,13