大气光学湍流对光电探测器性能的影响

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大气光学参数对光传输的影响研究

大气光学参数对光传输的影响研究在光学通信、遥感、天文观测等领域中，大气光学参数对光传输起着重要的影响。

大气光学参数主要包括气象参数、光学参数和大气浓度参数等，它们会改变光的传播路径，进而影响光的传输过程。

首先，我们来看气象参数对光传输的影响。

气象参数包括大气温度、湿度、压强等因素。

其中，温度的变化会导致大气密度的变化，从而改变光的折射率。

随着温度的升高，大气密度减小，光的折射率也随之减小，使得光传播速度增加。

相反，温度降低会导致光传播速度减小。

这种由温度引起的折射率变化现象称为温度梯度。

湿度与光传输也有关联。

湿度越高，大气中水蒸气含量越高，会导致光的散射和吸收增强，光的传输距离减小。

此外，湿度的变化还会导致大气的折射率变化，从而引起光的偏折。

大气压强变化对光传输的影响相对较小，主要表现为大气的折射率变化。

由于大气压强与海拔高度成反比关系，光在通过高海拔地区时，由于气压较低，光的折射率也会相应降低。

其次，大气光学参数中的光学参数对光传输也有重要影响。

光学参数包括大气散射、吸收、透过率等，并且这些参数会随着光波长的不同而变化。

大气散射是指大气中颗粒对光的偏离原来传播方向的现象。

它分为弹性散射和非弹性散射。

弹性散射是指颗粒对光的能量进行重新分配，但光的频率和能量仍保持不变；非弹性散射是指颗粒吸收光的能量，再以不同的频率重新发射出去。

大气中的气溶胶和水蒸气是主要的散射因素，它们在大气中的分布情况和浓度变化会对光的传输产生影响。

大气吸收是指大气中分子和物质对光能量的吸收，主要包括气体吸收和大气杂质吸收两种。

气体吸收主要是由大气中的氛围分子（如氮气、氧气等）引起的。

它们对不同波长的光吸收的程度也不同，例如在红外波段，水蒸气会吸收相对较多的能量。

大气杂质吸收包括大气中存在的粉尘、烟雾、雾霾等因素引起的吸收现象。

这些杂质的存在会降低光的透过率，影响光的传输距离和传输质量。

最后，大气浓度参数对光传输也有一定影响。

关键湍流大气光学参数测量方法与技术研究的开题报告

关键湍流大气光学参数测量方法与技术研究的开题报告一、论文选题背景与意义近年来，光学遥感技术在大气环境监测和天文观测等领域得到了广泛应用。

然而，大气光学扰动——湍流，对光传输造成的衍射、散射、吸收等影响是不可避免的。

由于湍流的非线性特性和随机性，它对光的传输常常表现为空间和时间上的不规则变化。

这不仅给地面光学设备制造和光学遥感技术应用带来了挑战，也给天文望远镜的高精度测量和图像采集带来了很大的困难。

关键湍流是大气中产生湍流的主要动力学机制。

研究表明，关键湍流和湍流视场参数之间有着很强的相关性。

因此，在大气光学研究中，关键湍流视场参数的测量和研究具有非常重要的意义。

本论文旨在探究关键湍流视场参数的测量方法与技术，以提高湍流光学扰动对光传输的影响预测和控制水平，从而为光学设备制造和光学遥感技术应用乃至天文观测等领域提供有力的支撑。

二、主要研究内容与技术路线本论文的主要研究内容包括：1. 关键湍流视场参数的理论研究，包括湍流视场波谱、湍流相干长度等参数的定义和推导；2. 关键湍流视场参数的测量方法与技术研究，包括基于自相似性理论的自回归模型法、时间延迟多普勒速度传感器法等方法的原理分析和实验研究；3. 关键湍流视场参数的应用研究，包括大气透明度的预测和控制、光学设备制造和光学遥感技术的优化设计等方面。

本论文的技术路线如下：1. 理论研究与文献综述。

根据国内外关于关键湍流视场参数的研究现状和进展，总结和分析其理论基础和关键技术，明确研究方向和目标；2. 实验设计与数据采集。

根据自回归模型法、时间延迟多普勒速度传感器法等关键湍流视场参数测量方法的原理和特点，设计并构建实验平台，采集关键湍流视场参数的相关数据；3. 数据处理与分析。

选用MATLAB等数据处理和分析软件对实验数据进行处理和分析，得出关键湍流视场参数的定量化结果，并进一步对测量精度和可靠性进行评估和优化；4. 结果展示与应用。

根据关键湍流视场参数的实际应用需求，以大气透明度预测和控制、光学设备制造和光学遥感技术优化设计为例，将研究结果进行展示和应用。

大气光通信中大气湍流影响抑制技术研究进展

2 - 1/ 3 21 91 C n LD , [ 19]
第 30 卷第 6 期 2 0 09年6月
兵工学报 A CT A AR MA M EN T ARI I
Vol. 30 N o. 6 Jun. 2009
大气光通信中大气湍流影响抑制技术研究进展
陈纯毅 , 杨华民, 姜会林, 冯欣, 王辉
( 长春理工大学光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室, 吉林长春 130022)
无限制地增大 , 但其计算结果只在 R2 l < 013 范围内有效 , 通常将此范围称为弱湍流区。 Ryt ov 方差计算结果虽然只适用于弱湍流区, 但是却作为湍流强弱的某种标志而大量地出现在各种文献之中 , 而且
2 在弱湍流区 , 有 R2 I U Rl . 对于强湍流区中闪烁指数
的求解 , 分别有 Andrew s - Prokhorov 和 Churnside 渐 [ 6] 进分析模型 , 这两种渐进分析模型都建立在 Ryt ov 方差基础之上, 二者都考虑了闪烁饱和问题。最近, Andrew s 等 [ 2 ] 又在大尺度起伏调制小尺度起伏思想的基础上 , 提出了适用于从弱至强湍流区的闪烁指数计算模型
Abstract: At mospheric t urbulence causes t he increases of bit - error - rat e ( BER) in atmospheric opt ical communicat ion links. Mit igat ion technolog ies of turbulence eff ect s can be used to improve the perf or mance and enhance t he data - rate and communication distance of opt ical communicat ion. T he lat est mechanism researches of t urbulence eff ects on opt ical communicat ion were brief ly summarized, and t he v arious influences of turbulences on that w ere described, such as int ensit y scintillat ion, beam w ander, ang le - of arrival f luctuat ion, phase f luct uat ion, beam spreading , etc. T he development of m it igat ion technologies of turbulence eff ect s w as summarized. Based on diff erent principles, various m it igat ion technologies were described in det ail, such as large apert ure receiver, diversity, part ially - coherent beam propag at ion, temporal domain processing & t hreshold opt imizat ion, adapt ive opt ics, et c. Focusing on their principles and im pact s, various m it ig at ion technologies w ere analyzed and discussed. L astly, the fut ure research directions w ere g iven. Key words: communication; opt ical communicat ion; large apert ure; diversit y; part ially coherent beam; tem poral domain processing; adapt ive opt ics

湍流大气中哈特曼传感器的模式波前复原误差

( 11b )
图 3 给出了前 65 阶 Zern ike 模式和 K2L 模式的截断误差, 可见对于同样的复原阶数, K2L 模式的
截断误差比 Zern ike 模式小, 这是 K2L 模式的一个优点。
理论上无论是采用 Zern ike 模式复原法还是 K2L 模式复原法, 选取的阶数越高波前复原的精度也
第2期
李新阳等: 湍流大气中哈特曼传感器的模式波前复原误差 I
151
其中 # 是伽马函数。 (4) 式构成一个对称的模式相关矩阵 CZ= < a aT > , 其对角线元素值反映了 Ko l2
m ogo rov 湍流下各阶 Zern ike 模式的方差。考虑到湍流强度的影响后, 模式相关矩阵应为 CZ (D r0) 5 3,
F ig. 3 T he recon struction cu t erro r of Zern ike m odes and the K2L m odes
就丢失了, 这就造成模式截断误差
图 3 Zern ike 模式和 K2L 模式的截断误差
p
∑ ∃ Z, C
K
(p
)
=
[ 1. 0299 -
C Z, K (k , k ) ] (D r0) 5 3
2. 246 (- 1) (n+ n’- 2m ) 2 [ (n + 1) (n’+ 1) ]1 2# (n + n’-
5 3
)
∆mm ’
< a ja j’> =
2 # (n - n’+ 137) # (n’- n + 137) # (n + n’+ 233)
(4)
2

大气湍流对航空光电侦察图像质量影响因素分析

大气湍流对航空光电侦察图像质量影响因素分析
吴雄雄;王惠林;宁飞;张文博;刘吉龙;王明超
【期刊名称】《应用光学》
【年(卷),期】2022(43)1
【摘要】大气湍流效应是严重影响航空光电侦察系统图像质量的重要因素之一。

从大气湍流参数描述出发,研究了大气湍流对光学系统成像质量的影响机理,分析了大气湍流影响光学系统调制传递函数(modulation transfer function,MTF)的影响因素,建立了大气湍流影响光学系统成像MTF的理论模型。

仿真结果表明,在大气湍流影响下,光学系统光瞳口径与大气相干直径的比值对光学系统成像MTF影响较大。

通过光学系统地面外场实验图像测试对比,验证了实际光学系统受到大气湍流影响后的成像MTF理论模型。

研究结果可为大气湍流影响下的航空光电侦察系统设计及提升其成像质量提供理论支持。

【总页数】8页(P1-8)
【作者】吴雄雄;王惠林;宁飞;张文博;刘吉龙;王明超
【作者单位】西安应用光学研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN205
【相关文献】
1.大气湍流对红外探测器光电性能影响的研究
2.影响光电侦察系统目标定位精度因素分析
3.航空侦察图像质量评估的适用方法分析
4.大气折射和湍流对光电测距精度的影响及其对策
5.航空光电侦察图像质量影响因素分析
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气象测绘中的大气湍流影响与校正方法解析

气象测绘中的大气湍流影响与校正方法解析引言：气象测绘是研究大气现象的科学领域，通过观测和记录天气条件、气候模式和气候变化以及其他与大气有关的参数，从而帮助我们理解和预测天气情况。

然而，大气湍流是一种不可忽视的因素，它对气象测绘的精确度和准确性产生着重要影响。

本文将解析大气湍流的影响以及相应的校正方法。

一、大气湍流的概念与特征大气湍流是大气中流速和温度等物理量的不规则、随机的空间和时间变化。

它是由于地表和大气层之间的动量和能量交换而产生的。

大气湍流的特征包括涡旋、旋涡、不规律性和随机性。

这种不可预测性使得气象测绘中的精确度存在困难。

二、大气湍流对测绘结果的影响1. 测量仪器性能：大气湍流会对测量仪器的工作稳定性产生影响，使得测绘结果具有一定的误差。

例如，它会导致测量传感器的抖动，进而影响气温、湿度以及风向风速等参数的测量准确性。

2. 数据采集和处理：大气湍流使得气象测绘中的数据采集和处理变得复杂。

传感器在不同位置和时间的测量值会出现明显的差异，这导致了数据的不一致性和不可靠性。

因此，需要进行相应的数据处理和校正。

三、大气湍流校正方法1. 模型模拟：基于数学模型来模拟大气湍流现象是一种较为常见的校正方法。

通过收集气象数据并结合统计推断和计算流体力学原理，可以建立适当的模型来预测和校正大气湍流的影响。

这种方法具有一定的可行性，但在实际应用中仍存在一定的限制。

2. 传感器技术改进：改进和更新测绘传感器的技术是另一种校正大气湍流的方法。

例如，采用更灵敏的传感器和传感器阵列来提高测量的空间分辨率和时间分辨率，从而减小大气湍流对测绘结果的影响。

此外，使用先进的数据处理算法和技术，可以提高数据精度和准确性。

3. 参考站点矫正：通过选择并设置合适的参考站点来校正大气湍流的影响。

参考站点应具有代表性，在地理分布、气候特征和观测仪器等方面与目标站点相似。

通过收集参考站点和目标站点的数据进行对比和校正，可以减小大气湍流对测绘结果的影响。

光电系统选址中的关键大气光学参数测量与分析

2023-11-04•引言•大气光学基本原理•关键大气光学参数测量方法•大气光学参数对光电系统的影响分析•光电系统选址策略与优化目•研究结论与展望录01引言研究背景与意义背景光电系统在军事、民用等领域有广泛应用，其性能受到大气光学参数的影响。

因此，对光电系统选址中的关键大气光学参数进行测量与分析具有重要意义。

意义通过对光电系统选址中的关键大气光学参数进行测量与分析，有助于提高光电系统的性能和稳定性，促进其在不同领域的应用和发展。

目前，国内外学者已经对大气光学参数的测量和分析进行了广泛研究，取得了许多成果。

然而，在光电系统选址过程中，针对关键大气光学参数的测量和分析仍存在不足。

现状随着技术的不断进步，大气光学参数的测量和分析将更加准确和精细。

未来，可以进一步探讨将先进的大气光学参数测量和分析方法应用于光电系统选址中，以提高光电系统的性能和稳定性。

发展研究现状与发展目标：本研究旨在通过对光电系统选址中的关键大气光学参数进行测量与分析，提高光电系统的性能和稳定性。

内容：本研究将开展以下工作1. 针对关键大气光学参数（如能见度、气溶胶光学厚度等）进行测量和分析；2. 研究大气光学参数对光电系统性能的影响机制；3. 探讨先进的大气光学参数测量和分析方法在光电系统选址中的应用；4. 为光电系统的选址提供科学依据和技术支持。

研究目标与内容02大气光学基本原理大气光学是一门研究光通过大气传播时所发生的光学现象和规律的学科。

大气光学的研究内容主要包括光的散射、吸收、消光和色散等。

大气光学在气象学、天文学、环境科学等领域都有广泛的应用。

大气光学概述大气光学现象天空颜色天空的颜色是由大气中气体和微粒的散射作用造成的。

日出日落日出和日落时，太阳的光线需要穿过较长的大气层，因此色彩更为绚丽。

彩虹当太阳光穿过雨滴时，会发生折射、反射和散射，形成彩虹。

气象条件如云层、雨滴、冰晶等对光的散射和吸收有显著影响。

气象条件空气污染物质如颗粒物、气溶胶等会增强光的散射和吸收，降低能见度。

大气光学知识点总结大全

大气光学知识点总结大全一、大气光学基础知识1. 光的传播特性光在地球大气中的传播受多种因素影响，包括折射、散射、吸收、色散等。

这些影响因素会导致光的传播方向、强度和频谱发生变化，对于光学系统的设计和应用都具有重要意义。

2. 大气介质地球大气是光学器件的一个重要参考介质，其密度、温度、湿度等参数对光学系统的性能有着重要影响。

了解大气介质的特性，对于光学系统的设计和定位至关重要。

3. 光的散射和吸收大气中的气体、气溶胶和云等对光的散射和吸收现象在大气光学中占据着重要位置。

它们会影响光的传播路径和范围，对于气象、环境、通信等方面都有重要意义。

4. 大气透明度大气透明度是指大气对可见光的透射率，它受大气中的气体、颗粒和水汽含量等因素的影响。

了解大气透明度对于天文观测、遥感探测等有着重要的意义。

5. 大气湍流大气湍流是指大气中由温度、密度、风速等不均匀性引起的湍流运动现象。

它会导致大气中的光场发生畸变，对光学系统的分辨率和性能都具有重要影响。

二、大气光学技术与应用1. 大气光学探测技术大气光学探测技术是指利用光学方法对大气进行观测和监测的技术。

包括大气透明度测量、大气散射与吸收特性研究、大气湍流分析等。

这些技术对于气象、环境监测等领域具有重要的应用价值。

2. 望远镜大气校正技术望远镜是天文观测和遥感探测中常用的光学设备，但由于大气的影响，其分辨率和成像质量会受到影响。

大气校正技术是指利用大气光学原理对望远镜成像进行补偿和校正的技术，使得成像质量更加清晰和准确。

3. 大气折射校正技术激光通信、光电远程探测等领域需要通过大气进行信息传输，但由于大气折射效应的影响，光信号会发生偏移和扩散。

大气折射校正技术是指利用大气光学原理对光信号进行校正和补偿的技术，使得光信号传输更加可靠和稳定。

4. 大气光学遥感技术大气光学遥感技术是利用光学方法对大气成分、温度、湿度等参数进行遥感探测的技术。

包括红外遥感、紫外遥感、光谱遥感等方法，对于环境、气象、气候等领域都有着重要的应用价值。

四象限探测器的特性测试

ｈｓｈｉｒｄｔｃｉｃｕｒｃｎｄｓｄｉｉｉｎｉｈｎｄｏｅｔｎｄｃｎｏｆｒａ３－ｕｂｉｉｉｔａｇｈｅｅｅｔｏｎａｃａｙａｕｂｖｓｏｎｔｅｉｏｒｔｓ。ａａｆｅ６ｓｄｖｓｏｎｗｉｈｄｇｔｌｆｌｅｉｇａｉｔｄｓｎｉｉｉｙＢｙｔｏｔｇｅｃｒｃｅｉｔｃｃｒｅｉｉａｉｔｒｎｔａｌｍｉｅｅｓｔｖｔ．ｈｅｖｌａｈａａｔｒｓｉｕｖｓ，ｔｃｇｒｎｉｈｔｈｅｂａｋｏｕｄｌｇｓ，ｓｔｓｚｓａｈｅｒｔｏｏｆｓｇｎｌｔｉｅｗｅｅｓｕｉｄｐｏｉｅｎｄｔａｉｉａｏｎｏｓｒｔｄｅ．Ｔｈｅｅｅｉｅｓｉｈｉｌｒｌｏｃｘｐｒｍｎｔｎｔｅｆｅｄｗｅｅａｓｏｍｐｌ— ｅ
（ａｇｃｕｉｅｓｔｆＳｉｎｅａｄＴｅｈｏｏｙ，Ｃａｇｃｕ３０２，ＣｉａＣｈｎｈｎＵｎｖｒｉｙｏｃｅｃｎｃｎｌｇｈｎｈｎ１０２ｈｎ）
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ｔｈｓｃｃｒｃｅｉｔｃｆｉｃｄｅｔｓｔｎｄｅｆｃｓｏｆｅｅｎａｐａｅｅｉｏｅｂａｉｈａａｔｒｓｉｓｏｎｉｎｐｏｓａｆｅｔｘｔｒｌｓｃｎｖｒｎｍｅｔｎａｎｓｏ
关键词：象限探测器；圆高斯光斑；强闪烁；分能力四椭光细
中图分类号：Ｐ１．４Ｔ６Ｔ２２１；Ｎ３６

大气湍流对空间相干光通信的影响研究

１００％的外差效率。文献【８一ｌ０】的研究结果未考虑大气湍流对外差效率的影响，文献【ｌｌ】研究了大气湍流对外差效率的影响，但忽略了本振光场分布模型不同时大气湍流对外差效率影响的差异。实际中探测器表面
导师简介：柯熙政（１９６２一），男，教授，博士生导师，主要从事自由空间光通信方面的研究。Ｅ — ｍａｉｌ：ｘｚｋｅ＠２６３．ｎｅｔ
０８０６０１ —１
５２，０８０６０１（２０１５）
ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｏｐｔｉｃａｌｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｉｓｎｏｔｏｎｌｙｒｅｌａｔｅｄｔ０ｔｈｅａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ．ｂｕｔａｌｓｏ
收端一般采用外差探测方式。
大气湍流效应严重影响了空间相干光通信的可靠性和稳定性，降低了外差探测系统的检测灵敏度，增加了接收信号的误码率。文献【８】研究了Ａｉｒｙ＋Ｇａｕｓｓ分布模型的外差效率，给出了获得最大外差效率时
ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅｅｆｉｃｆｉｅｎｃｙｉｓｍｉｎｉｍｕｍ，ａｎｄｗｉｌｌｎｏｔｃｈｎｇｅａａＪ０ｎｇｗｉｔｈｔｈｅｄｅｔｅｃｔｏｒｒａｄｉｕｓａｆｔｅｒｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｓｍａｘｉｍｕｍ．

大气透明度对光学成像系统性能的影响研究

大气透明度对光学成像系统性能的影响研究光学成像系统在无人机航拍、卫星遥感、天文观测等领域中起到至关重要的作用。

然而，大气透明度的变化会直接影响到光学成像系统的性能，限制了其在复杂环境下的应用。

因此，研究大气透明度对光学成像系统性能的影响显得十分重要。

大气透明度指的是光线传输过程中大气对光线的衰减程度。

通常，大气透明度会受到大气波动、污染和干扰等因素的影响。

这些因素导致大气中的光传播过程中产生散射、吸收和折射等现象，进而影响到成像系统的性能。

例如，在强大的大气湍流引起的像差下，光学成像系统的分辨率会降低，图像质量会下降，从而影响到成像效果和观测精度。

为了研究大气透明度对光学成像系统性能的影响，科学家们通过实验和数值模拟等手段对大气光学特性进行了深入研究。

他们发现，大气透明度越高，光线衰减越小，成像系统能够接收到更多的可见光信号，从而提高了图像的亮度和对比度。

这对于低照度环境下的成像任务非常重要，可以有效提高成像系统的性能。

此外，大气透明度对成像系统的色彩还原能力也有重要影响。

大气中的散射作用会导致光线的波长变化，使得成像系统无法准确还原物体的真实颜色。

因此，在大气透明度较低的情况下，成像系统可能会出现色偏现象，使得图像失真。

为了解决这个问题，科学家们提出了颜色校正算法，通过对采集到的图像进行数学处理，使得成像系统能够更好地还原物体的真实颜色。

除了对光学成像系统的影响外，大气透明度的研究还可以应用于其他领域。

例如，通过测量大气透明度，可以判断空气中的污染程度，从而提供了监测空气质量的手段。

此外，大气透明度的研究还可以应用于气象科学领域，通过监测大气透明度的变化，可以预测天气变化趋势，提高灾害预警和气候预测的准确性。

总之，大气透明度对光学成像系统性能的影响是一个具有深远意义的研究课题。

通过深入研究大气的光学特性，我们可以更好地理解大气透明度的变化机理，为解决复杂环境下的成像难题提供科学依据。

同时，大气透明度的研究还可以应用于多个领域，从而推动科技进步和社会发展。

激光大气传输特性分析研究

激光大气传输特性分析研究激光大气传输特性分析具有重要意义和应用价值，对于激光通信、激光雷达、激光武器等领域的发展至关重要。

本文将阐述激光大气传输特性分析的研究背景、现状和难点，介绍主要方法和技术，总结研究结果和发现，并强调其在应用上的重要性和价值。

激光大气传输是指激光在大气中传播的过程，受到大气中各种粒子的吸收、散射和折射等作用的影响。

在大气传输过程中，激光的强度、方向和波形等都会发生改变，从而影响激光通信、激光雷达和激光武器等系统的性能。

因此，对激光大气传输特性进行分析，有助于了解激光在大气中传播的规律和机理，为这些领域的发展提供理论支持和技术指导。

目前，激光大气传输特性分析主要集中在理论和实验研究两个方面。

理论分析主要包括辐射传输理论、气体分子动力学理论、气候学理论等，通过建立数学模型来模拟激光在大气中的传输过程。

实验测量则是在实际环境中对激光传输的特性进行测量和记录，以验证理论分析的正确性。

然而，由于大气传输过程的复杂性和不确定性，理论和实验研究都存在一定的难度和挑战。

理论分析方法：基于辐射传输理论，建立激光大气传输模型，计算光强、光谱、相位等传输特性，分析各种因素的影响。

例如，运用蒙特卡罗方法模拟光在大气中的散射和吸收过程，评估不确定性因素的影响。

实验测量方法：通过在实验场地或实际环境中进行激光传输实验，测量光强、方向、波形等参数，获取实际数据。

例如，利用望远镜观测远程目标上的激光斑点，分析斑点特征和变化规律。

数值模拟方法：利用计算机模拟程序，模拟激光大气传输过程，获取各种传输特性参数。

例如，通过模拟不同气候条件下的激光传输过程，预测激光通信系统的性能。

通过对激光大气传输特性的理论和实验研究，科学家们取得了一系列重要成果。

例如：发现了大气中各种粒子（如气溶胶、水蒸气、氧气、二氧化碳等）对激光的吸收、散射和折射作用，以及这些作用的温度、压力和湿度等影响因素。

建立了较为完善的辐射传输理论体系，用于描述激光在大气中的传输过程，并开发了相应的数值模拟软件，可对不同条件下的激光传输进行模拟和预测。

大气光学;海洋大气;光学湍流

大气光学;海洋大气;光学湍流1.引言1.1 概述概述：大气光学、海洋大气和光学湍流是自然界中与光传播和光学观测相关的重要现象。

大气光学研究的目的在于了解大气对光的传播和传感器观测的影响，从而提高光学设备的性能和准确度。

海洋大气研究的目标是揭示海洋和大气界面上光的传输过程，从而促进海洋环境监测和海洋资源开发利用。

而光学湍流研究则关注光在大气中传播时因空气湍流引起的波前畸变问题，其研究对于激光通信、天文观测等领域具有重要意义。

本文将深入探讨大气光学、海洋大气和光学湍流这三个领域的基本概念、影响因素以及与观测和通信的关系。

首先，我们将介绍大气光学的基本概念，包括大气中的散射、吸收和辐射等现象，以及大气光学的主要影响因素，如大气湍流、气溶胶和云等。

接着，我们将探讨海洋大气的特点和影响因素，包括海洋表面对光的反射、折射和散射等过程，以及海洋中的气泡、藻类和悬浮颗粒等因素对海洋光学的影响。

最后，我们将重点讨论光学湍流的定义、特征以及对观测和通信的影响，包括湍流引起的波前畸变和相位失真等问题。

通过对大气光学、海洋大气和光学湍流的综合研究，我们可以更好地理解和模拟光在自然界中的传播和退化过程，为光学设备的设计和应用提供理论支持和技术指导。

同时，这些研究也有助于提高大气环境和海洋生态的监测能力，推动相关领域的发展和应用创新。

在结论部分，我们将对大气光学、海洋大气和光学湍流的关联性进行总结，并展望大气光学和海洋光学研究的意义和未来发展方向。

希望通过本文的介绍和分析，读者能够更全面地了解和认识这些重要的光学现象，为相关领域的科研和应用提供有益的参考和启示。

1.2文章结构1.2 文章结构本文共分为三个主要部分：大气光学、海洋大气和光学湍流。

每个部分将重点介绍相关的基本概念、特征和影响因素，并探讨它们对观测和通信的影响。

在第二部分，我们将深入研究大气光学。

首先，我们将介绍大气光学的基本概念，包括大气层的组成和结构，以及大气中的光传播机制。

大气湍流对激光通信的影响及对策研究

大气湍流对激光通信的影响及对策研究作者：孙孚等来源：《电子技术与软件工程》2015年第24期摘要分析了大气湍流对自由空间激光传输和激光通信的影响，提出了几种应对大气湍流效应的有效方法。

【关键词】大气湍流效应激光传输激光通信自由空间激光通信依靠激光在大气中的无线传输实现信息的传递。

自由空间的大气信道是随机多变的，它对激光传输的影响主要表现为两个方面，即大气衰减效应和大气湍流效应。

大气衰减效应是指因大气对激光的散射与吸收作用而导致的激光能量衰减；而大气湍流效应则是指大气的折射率因大气的湍流运动而发生随机起伏，进而导致激光的相位及强度在空间和时间上都呈现为随机起伏的变化。

大气衰减效应对自由空间激光通信的影响一般来说是比较容易解决的。

而大气湍流效应则不然，由于它的强度和发生几率都是随机的，因而它对自由空间激光通信的影响很大而且难以克服，所以必须予以高度重视。

1 大气湍流对激光传输的影响对于实际的大气而言，由于它始终处于随机的湍流运动状态之中，因此它的折射率也始终随空间和时间无规则地变化着。

而折射率的这种无规则变化将使在大气中传输的激光参量随机而变，进而严重影响光束的质量。

其表现为：光束弯曲漂移、光强闪烁、光束展宽等，这些影响被统称为大气的湍流效应。

1.1 光强闪烁大气折射率随机细小的变化将引起光束截面内强度的随机变化，简称光强闪烁。

事实上，当光束穿过大气湍流漩涡时，折射率的随机起伏将引起光波的波前畸变，致使接收端的相位随机改变。

当激光束的直径R大于湍流直径r时，光束内就将会包含多个湍流漩涡，而每个湍流漩涡又各自对激光光束形成独立的衍射和散射，从而导致光束截面内强度在空间和时间上的随面起伏，忽强忽弱，这就是所谓的光强闪烁。

1.2 光束弯曲与漂移大气中传输的激光束，当其直径R小于湍流漩涡的直径r时，激光束便被包含在这个湍流漩涡内，此时湍流的影响主要是使光束的整体产生随机偏折。

体现在接收端，就是在接收端面上，光束的中心将围绕某个统计平均位置随机快速地跳动，此即光束漂移，在数值上可以用漂移量来表示。

基于大气湍流的光学成像系统性能研究

基于大气湍流的光学成像系统性能研究随着科技的不断进步，光学成像系统在现代生活中的应用越来越广泛。

然而，由于大气湍流对光传输的影响，光学成像系统的性能往往会受到限制。

因此，人们对于基于大气湍流的光学成像系统性能进行研究成为了一个热门的课题。

大气湍流是指大气中因温度、压力和湿度等参数的不均匀性所引起的气流的不规则运动。

这种运动往往会导致光的传输受到湍流涡旋的扰动，使光的传输路径发生弯曲、偏移和增加相位差等现象，从而影响光学成像系统的成像质量。

为了研究基于大气湍流的光学成像系统性能，科学家们采取了多种手段和方法。

其中，一种常用的方法是通过数值模拟进行研究。

科学家们根据湍流的运动特性，建立了合适的数学模型，利用计算机进行模拟计算，得到了光学传输路径的扰动情况，从而研究光学成像系统的成像质量。

这种方法具有灵活性强、成本低等优点，可以帮助科学家们更好地理解大气湍流对光学系统的影响。

另一种常用的方法是通过实验研究。

科学家们利用气象球、激光测风仪等仪器设备，对大气湍流进行实时监测和测量。

通过这些实验数据，科学家们可以获得大气湍流的运动特性和变化规律，进而研究光学传输路径的扰动情况。

这种方法具有直观性强、可靠性高等优点，可以为实际应用提供可靠的数据支持。

基于大气湍流的光学成像系统性能研究不仅仅可以帮助科学家们更好地了解大气湍流对光学系统的影响，还对于提高光学成像系统的成像质量具有重要意义。

在军事、遥感、天文等领域，光学成像系统常常需要在复杂的大气湍流环境中工作。

如果能够深入研究大气湍流对光学系统的影响，并根据研究结果进行系统优化和改进，就可以显著提高光学成像系统的成像精度和稳定性。

值得注意的是，基于大气湍流的光学成像系统性能研究还面临一些挑战和难题。

首先，湍流现象十分复杂，涉及的参数和变量众多，研究难度较大。

此外，湍流的运动特性和变化规律也存在一定的不确定性，对于系统性能的研究提出了一定的挑战。

因此，科学家们仍然需要继续努力，开展更深入、更广泛的研究，为基于大气湍流的光学成像系统性能提升提供更为有效的解决方案。

大气光学湍流对光电探测器性能的影响

维普资讯
第３５卷第３期
Ｖ０．５Ｎｏ３１．３
红外与激光工程
ＩｆａｅｎａｅｇｎｅｉｇｎｒｄａｄＬｓｒｒＥｎｉｅｒｎ
２００６年６月
Ｊｎ２ｏｕ．ｏ６
大气光学湍流对光电探测器性能的影响
ｔｒｕｅｃｎｅｅｃａｔｌｅｖｒｎｎｎｓｍｍｅｄｗｉｔｓａａｙｅ、Ｔｅ，ｔｅｔｒｕｅｃｆｅｔｕｂｌｎｅｕｄｒｔｏｓａｎｉｏｍｅｔｉｕｈｒａｎｅｗａｌｚｄｈｎｈｕｂｎｅｅｃｎｒｎｌｓ
时大气湍流对光电探测器性能的影响。果表明：１结（）对于水平传输，气湍流对短波和中波红外成像大系统的影响随着传输距离或湍流强度的增加而超过系统的衍射受限占主要地位。对长波红外告警系
统的影响可以忽略。（）对于斜程传输，气湍流的影响随天顶角的增加而增加，天顶角小于６。２大在０的
ｈｔｏｄｆａｔｎｉｕｅｕｄｒｏｄｉｏｄｒｔｔｒｕｎｅｔａｆｔｅｉｒｃｏ－ｄｃｎｅｃｎｔｎｆｍｏｅａｅｕｂｅｃ．Ｆｒｈｅｌｔｒｐｇｔｎｔｅｈｉｎｄｉｏｌｏｔｓｐｏａａｏ，ｎａｉｈ
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QD光斑位置检测影响因素分析

QD光斑位置检测影响因素分析摘要:四象限光电探测器(QD)以其帧频高、解算电路简单、可靠性好被广泛应用于激光通信的光轴对准过程中,在利用QD进行光斑位置检测时,要尽可能提高光斑位置的检测速度和检测精度。

由于光斑检测精度会受到背景光、大气湍流、探测器形状等因素影响,给光斑检测带来一定误差,使系统可靠性降低。

为了更好的抑制背景光、大气湍流等因素对光斑检测系统带来的影响,本文进行如下详细分析。

关键词:四象限探测器光斑检测背景光大气湍流四象限光电探测器以其高频谱响应范围,高定位精度,解算速度快等优点使其广泛应用于激光准直,激光对中,激光导向,激光制导,激光报警,激光侦查,激光自动跟踪等领域。

四象限光电探测器的每一个象限相当于一个PIN光电二极管,根据PIN光电二极管的特性,在一定的反偏工作电压下,PIN光电二极管所接收的光功率大小与其产生的光电流大小成正比。

其经典位置解算算法如下:令提取到的光电流信号与四象限探测器四个象限在坐标轴上的分布对应,分别为第一象限对应的光电流Ia,第二象限对应的光电流Ib,第三象限对应的光电流Ic,第四象限对应的光电流Id。

令光斑在四象限探测器四个光敏面上光功率为Ea、Eb、Ec、Ed,光斑实际位置坐标为(x0,y0),则有:1 背景光对光斑位置检测影响在上述四象限探测器解算公式(1)、(2)可以看出,当光斑检测系统的背景光均匀时,会导致偏移量公式中分母大小发生改变而分子不变,这就会使通过光斑解算得到的位置与实际光斑位置发生偏差,从而降低光斑位置的检测精度。

现在研究光斑在x轴的偏移量,由图2可以看出,随着背景光的加强,光斑的实际偏移量与解算偏移量的曲线线性范围在降低,造成光斑位置检测灵敏度下降,由于是激光光源当作信号源,为了减小或者消除背景光带来的影响,可以在接收端加窄带滤光片来抑制背景光的干扰,也可以采用数字信号处理的方式抑制背景光。

2 大气湍流对光斑位置检测影响大气光通信中面临的最大问题是大气信道的影响,包括大气衰减和大气湍流。

大气光学条件对红外遥感的影响研究

大气光学条件对红外遥感的影响研究红外遥感技术在军事、气象、环境监测等领域发挥着重要作用。

然而，大气光学条件对红外遥感的影响不容忽视。

本文将研究大气光学条件对红外遥感的影响，并探讨一些相关的解决方案。

一、大气光学条件的影响因素1. 大气透明度：大气中的气溶胶、颗粒物质和水汽对红外辐射的传播产生吸收和散射，降低了红外辐射的能量传递效率。

因此，大气透明度越好，红外遥感的成像效果越好。

2. 大气湍流：大气中的湍流会导致光束的扩散和失真，从而影响红外遥感图像的清晰度。

湍流的程度与大气层模式、地表条件和气象因素等相关，灰尘暴、风沙天气等都会增加湍流程度。

3. 大气温度和湿度：大气温度和湿度对红外辐射的传播和接收有着重要影响。

温度的变化会导致红外辐射的波长产生漂移，而湿度则会增加红外辐射在大气中的损失。

二、大气光学条件修正方法1. 大气红外响应建模：通过数值计算和建模，将大气光学条件对红外遥感的影响进行定量分析和评估，从而实现对原始数据的修正和校正。

2. 观测数据校正：利用大气辐射传输模型，根据观测时的大气状况，对红外图像进行修正，还原真实的地物信息。

这种方法通常需要获取大气温度、湿度等气象数据，并结合遥感图像特征来进行修正。

3. 多时相遥感数据融合：通过结合不同时间段的遥感数据，利用多时相数据融合算法，减少大气光学条件对红外遥感的影响。

这种方法可以提高红外图像的分辨率和空间覆盖范围。

4. 高光谱技术应用：高光谱技术可以获取红外辐射波段的连续谱段，对大气光学条件的影响进行更为精细的分析和校正。

三、进一步研究方向1. 大气光学条件与红外辐射传输的机理研究，以提高大气光学计算模型的准确性和应用效果。

2. 基于人工智能算法的红外图像去雾技术研究，通过对已知的大气光学条件和红外图像的训练，实现对未知大气光学条件下的红外图像的去雾处理。

3. 大气光学条件对不同类型地表的影响研究，探索不同地表类型在不同大气光学条件下的红外辐射变化规律，为地表目标识别和分类提供更准确的数据支持。

相对大气光学质量定义

相对大气光学质量定义相对大气光学质量（Relative Atmospheric Optical Quality）是用来描述大气对光传输的影响程度的一个指标。

在光学领域中，大气光学质量是评估大气透明度、湍流和湍流扰动对光线传播的影响程度的重要参数。

大气光学质量的概念最早由天文学家提出，用以衡量大气的稳定性和透明度，进而影响观测结果的清晰度和精确度。

相对大气光学质量通常以天文学的标准来衡量，即通过观测星体的视直径变化来判断大气透明度的好坏，并将其与理想大气（完全透明、无湍流）下的视直径进行比较。

在实际应用中，相对大气光学质量被广泛用于天文观测、航空航天技术、光通信等领域。

在天文观测中，它是评估天文观测站点适宜性的重要指标，天文观测站点的选择往往考虑到大气光学质量。

在航空航天技术中，它是评估太空望远镜的设计和性能的重要参考，太空望远镜的观测效果直接受到大气光学质量的影响。

在光通信中，大气光学质量的好坏直接影响光信号的传输距离和质量，因此在光纤通信系统的规划和设计中，也需要考虑大气光学质量。

大气光学质量受到多种因素的影响。

首先是大气透明度，即大气对光线的吸收、散射和折射作用。

大气中的气体、颗粒物、水汽等都会对光线的传输产生影响，从而降低大气光学质量。

其次是大气湍流，湍流是大气中不稳定的气流运动，会引起光线的弯曲和扰动，降低观测的清晰度和精度。

此外，大气湍流还会导致星像的模糊和扩散，影响天文观测的分辨率。

为了提高大气光学质量，人们采取了一系列的技术手段。

在天文观测中，常常选择海拔较高、大气稳定的地点作为观测站点，以减少大气层对光线的吸收和湍流的影响。

此外，还可以通过气象观测和模型预测来预测大气光学质量的变化，从而选择合适的观测时间窗口。

在航空航天技术中，可以采用自适应光学技术来抵消大气湍流对光线传播的影响，提高观测的清晰度和分辨率。

在光通信中，人们通常选择大气透明度较好的波段进行光信号传输，同时采用光纤衰减补偿和信号增强技术来提高传输质量和距离。

大气湍流对空间相干光通信的相干探测性能影响

大气湍流对空间相干光通信的相干探测性能影响
刘宇韬;徐苗;付兴虎;付广伟
【期刊名称】《物理学报》
【年(卷),期】2024(73)10
【摘要】空间相干光通信被认为是突破现有高速空间通信瓶颈的重要手段,但其应用受到大气湍流的极大限制.为此,本文首先基于Huygens-Fresnel原理和低频补偿功率谱反演法,研究了高斯光束经大气湍流传输后振幅和相位的随机分布特性;然后,利用相干混频效率及通信误码率模型,获得大气湍流对空间相干光通信系统性能的影响规律;最后,搭建激光外差探测实验系统,定量研究了大气湍流对空间相干光通信相干探测性能的影响.结果表明:弱湍流条件下,空间相干光通信性能几乎不受大气湍流的影响;中等强度湍流影响下,相干混频效率会随着湍流强度的增大而迅速下降,但通过提高单比特光子数可以有效抑制湍流对通信性能的负面影响;强湍流会显著破坏光束相干性,使得相干混频效率趋近于零,即使提高单比特光子数也无法有效改善通信性能.大气湍流是空间相干光通信发展的重要限制因素,该研究可为空间相干光通信系统性能评估提供有益参考.
【总页数】9页(P203-211)
【作者】刘宇韬;徐苗;付兴虎;付广伟
【作者单位】燕山大学信息科学与工程学院;自然资源部海洋观测技术重点实验室【正文语种】中文
【中图分类】TN9
【相关文献】
1.湍流大气空间非相干LED可见光通信系统性能
2.湍流大气中激光相干探测回波光强与空间相干特性研究
3.大气湍流下带有跟踪误差的空间相干光通信性能分析
4.非Kolmogorov大气湍流下部分相干光偏振状态对相干探测灵敏度的影响研究
5.基于MIMO模式分集相干接收的自由空间光通信大气湍流补偿技术研究
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