一种测量大气粒子数密度波动方法技术

本发明专利技术公开了一种测量大气粒子数密度波动方法，属于光学探测技术领域，包括：将折射率分解为折射率平均值和折射率波动值；计算出第i帧的折射率波动值；根据折射率波动值和粒子数密度波动之间的关系计算出粒子数密度波动。本发明专利技术提供的一种测量大气粒子数密度波动方法，解决现有技术中湍流会使探测器接收的图像产生偏移、抖动和模糊的技术问题。抖动和模糊的技术问题。抖动和模糊的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种测量大气粒子数密度波动方法


[0001]本专利技术涉及一种测量大气粒子数密度波动方法，属于光学探测


技术介绍

[0002]大气湍流是一种随机空气运动状况，在大气光学领域，湍流主要是指大气中局部温度和压强的随机变化而带来的折射率的随机变化。当光线穿过折射率分布不均以及随机变化的大气时，会发生偏折、相移等现象，对大气探测、飞行器光学成像探测等方面有着不可忽视的影响，会使探测器接收的图像产生偏移、抖动和模糊等。但是，实际上很难将温度和压强各自对大气折射率的影响分开。因此，若能将温度和压强的影响综合起来考虑，可为研究大气湍流自身规律以及大气在探测、通讯等方面的影响提供一定的参考。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种测量大气粒子数密度波动方法，解决现有技术中湍流会使探测器接收的图像产生偏移、抖动和模糊的技术问题。
[0004]为实现以上目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
[0005]本专利技术提供了一种测量大气粒子数密度波动方法，包括：
[0006]将折射率分解为折射率平均值和折射率波动值；
[0007]计算出第i帧的折射率波动值；
[0008]根据折射率波动值和粒子数密度波动之间的关系计算出粒子数密度波动；
[0009]进一步的，所述将折射率分解为折射率平均值和折射率波动值，表示为：
[0010][0011]其中，n为折射率，为折射率平均值，n
’
为折射率波动值。
[0012]进一步的，所述计算出第i帧的折射率波动值，包括以下步骤：
[0013]计算偏折角的方差；
[0014]根据偏折角的方差得到结构常数；
[0015]将结构常数代入折射率结构函数得到第i帧的折射率波动值。
[0016]进一步的，所述计算偏折角的方差的计算公式为：
[0017][0018]其中，为偏折角的方差，M为总时间内记录的总帧数，为偏折角的方差，M为总时间内记录的总帧数，为对应帧图片上的偏折角，
[0019]进一步的，所述结构常数的计算公式为：
[0020][0021]其中，D为光束在第一个光栅上的直径，E为激光器到第一个光栅的距离，为偏折角的方差。
[0022]进一步的，所述将结构常数代入折射率结构函数得到第i帧的折射率波动值，包括以下步骤：
[0023][0024]其中，D
n
(t)为折射率结构函数，<>表示对里面参数求时间平均，n(t)和n(t
‑△
t)代表不同时刻的折射率，
△
t表示时间间隔，v是测量时间内的平均风速。
[0025][0026][0027]其中，n
′
i
为第i帧的折射率波动值。
[0028]进一步的，所述折射率波动值和粒子数密度波动之间的关系式为：
[0029][0030]其中，N'为粒子数密度波动，λ是探测光的波长，L表示的是洛希密脱常数，A和B取空气的相关参数，n'为折射率波动值。
[0031]进一步的，所述粒子数密度波动为：
[0032][0033]其中，N'为粒子数密度波动。
[0034]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：
[0035]通过引入莫尔层析技术计算粒子数密度波动为研究大气湍流自身规律以及大气在探测、通讯等方面的影响提供了理论参考，有效避免探测器接收到的图像产生偏移、抖动和模糊的现象，且同时具有实时、稳定、非接触以及能3
‑
D显示的特点。
附图说明
[0036]图1是本专利技术实施例提供的一种测量大气粒子数密度波动方法的流程图；
[0037]图2是本专利技术实施例提供的一种测量大气粒子数密度波动方法的实验装置；
[0038]图3是实验中获得的莫尔条纹；
[0039]图4是截取的部分莫尔条纹；
[0040]图5是第900帧、第1800帧、第2700帧、第3600帧、4500帧、第5400帧、第6300帧和第7200帧的偏折角；
[0041]图6是2小时内的粒子数密度波动情况；
[0042]图中：1、激光器；2、扩束准直系统；3、被测大气；4、朗奇光栅；5、成像透镜；6、接收屏；7、滤波器。
具体实施方式
[0043]下面结合附图对本专利技术作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0044]实施例一：
[0045]如图1所示，本实施例公开了一种测量大气粒子数密度波动方法，下面通过具体实施方案对本专利技术作进一步详细描述：
[0046]S1：将折射率分解为折射率平均值和折射率波动值；
[0047]折射率分解为折射率平均值和折射率波动值可表示为：
[0048][0049]其中，n为折射率，为折射率平均值，n
′
为折射率波动值。
[0050]S2：计算出第i帧的折射率波动值，包括以下步骤；
[0051]S21：计算偏折角的方差；
[0052]计算偏折角的方差的计算公式为：
[0053][0054]其中，为偏折角的方差，M为总时间内记录的总帧数，为偏折角的方差，M为总时间内记录的总帧数，为对应帧图片上的偏折角，
[0055]S22：根据偏折角的方差得到结构常数；
[0056]结构常数的计算公式为：
[0057][0058]其中，D为光束在第一个光栅上的直径，E为激光器到第一个光栅的距离，为偏折角的方差。
[0059]S23：将结构常数代入折射率结构函数得到第i帧的折射率波动值；
[0060]折射率结构函数表示为：
[0061][0062]其中，D
n
(t)为折射率结构函数，<>表示对里面参数求时间平均，n(t)和n(t
‑△
t)代表不同时刻的折射率，
△
t表示时间间隔，v是测量时间内的平均风速。
[0063]将结构常数和计算偏折角的方差代入折射率结构函数得到：
[0064][0065]因此，根据第i帧偏折角信息，能够得出第i帧的折射率波动值为：
[0066][0067]其中，n
′
i
为第i帧的折射率波动值。
[0068]S3：根据折射率波动值和粒子数密度波动之间的关系计算出粒子数密度波动；
[0069]折射率波动值和粒子数密度波动之间的关系式为：
[0070][0071]其中，N'为粒子数密度波动，λ是探测光的波长，L表示的是洛希密脱常数，A和B取空气的相关参数，n'为折射率波动值。
[0072]将第i帧的折射率波动值代入折射率波动值和粒子数密度波动之间的关系式可得到粒子数密度波动：
[0073]粒子数密度波动为：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测量大气粒子数密度波动方法，其特征在于，包括：将折射率分解为折射率平均值和折射率波动值；计算出第i帧的折射率波动值；根据折射率波动值和粒子数密度波动之间的关系计算出粒子数密度波动。2.根据权利要求1所述的测量大气粒子数密度波动的方法，其特征在于，所述将折射率分解为折射率平均值和折射率波动值，表示为：其中，n为折射率，为折射率平均值，n
’
为折射率波动值。3.根据权利要求1所述的测量大气粒子数密度波动的方法，其特征在于，所述计算出第i帧的折射率波动值，包括以下步骤：计算偏折角的方差；根据偏折角的方差得到结构常数；将结构常数代入折射率结构函数得到第i帧的折射率波动值。4.根据权利要求3所述的测量大气粒子数密度波动的方法，其特征在于，所述计算偏折角的方差的计算公式为：其中，为偏折角的方差，M为总时间内记录的总帧数，为偏折角的方差，M为总时间内记录的总帧数，为对应帧图片上的偏折角，5.根据权利要求3所述的测量大气粒子数密度波动的方法，其特征在于，所述结构常数的计算公式为：其中，D为光...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈云云，徐梦，庄俊彦，陈雅宜，程伟昊，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：