大气湍流退化图像的复原研究

大气湍流退化图像的复原在航天成像、天文观测等领域具有重要的地位,也是目前急需解决的问题.该问题的解决能够克服大气湍流扰动带来的图像降晰和提高目标图像的分辨能力,以便后续的目标特征提取和识别等处理.文章提出将大气湍流的光学传递函数应用在迭代盲目反卷积图像复原算法上,使图像达到更好的复原效果.研究表明,此复原方法可以更有效...     

自适应光学专题·编者按

<正>自适应光学技术源于地基光学/红外望远镜观测中遇到的大气湍流扰动问题.由于大气湍流的存在,空间目标发出的光波穿过大气层到达地球表面时,其振幅和相位都会受到大气湍流的扰动.相对于光波的振幅而言,相位受到的随机扰动更加严重,所以目前的自适应光学技术主要克服光波相位受到的随机扰动.大气对来自空间目标发出光波相位的随机扰动,导致望远镜的成像质量严重降低,望远镜的实际分辨率也     

对流湍流发生池的设计与性能

本文介绍了用于模拟大气湍流的对流湍流发生池的结构设计与主要技术参数。通过不断的测试与改造,使湍流池的温度起伏谱与大气湍流相似,而且可方便地对湍流强度进行控制,具有较好的重复性、平稳性,可用于自适应光学的补偿实验,是激光传输和光学工程实验的理想装置。     

近地光学湍流对于目视进近的影响研究

目视飞行程序中,近地面大气光学湍流会造成大气折射率的起伏进而对于目视进近产生影响.采用了Monin-Obk-hov相似理论,结合机场跑道环境改进了Thiermann-Kohnle模型,并对于大气折射率结构常数进行了数值分析,同时根据机场跑道大气折射率分布,建立简化模型,利用光线的折射理论,估算出了光线弯曲的角度偏差.结论表明,温度波动会造成近地面光学湍流产生,其所引起的角度偏差对于目视进近影响不可被忽略,对于目视进近具有指导意义.     

舰船激光通信中大气湍流对信道的影响

舰船激光通信中大气对通信的信道有重要的影响.基于Kolmogorov大气湍流理论,结合舰船通信的物理条件得出了影响舰船激光通信信道的湍流的特征函数,此时的大气处在强湍流环境下;同时分析了在相应湍流强度下大气湍流对信道的影响如光束闪烁、光斑畸变等,并通过仿真对其进行了验证.     

复宗量厄米双曲余弦高斯光束在湍流大气中的传输特性

根据广义的惠更斯-菲涅耳原理,推导了复宗量厄米双曲余弦高斯(EHChG)光束在湍流大气中传输时光强分布的理论公式,并研究光束在湍流大气中的传输变化规律.研究发现,EHChG光束在湍流大气中传输时,光强分布均趋于高斯分布.在湍流大气的影响下,EHChG光束由完全相干光变成部分相干光,并且随着传输距离和湍流强度的增加,光束...     

用于南极天文选址的移动式大气参数测量系统

选择最好的天文台址放置大口径望远镜一直是天文学家追求的目标.我国在南极的天文项目近几年得到了快速发展,对南极区域的光学湍流时空分布进行测量和分析,是一项亟待开展的基础性天文工作.本文主要介绍研制的移动式大气参数测量系统,用于南极天文选址,得到了在泰山站近地面常规气象参数和大气湍流的初步测量结果.     

稳定分层湍流的大涡模拟

稳定分层湍流是大气和海洋流动中常见的自然现象, 是预测大气和海洋流动的重要物理机制. 我们用大涡模拟方法研究稳定分层流体湍流, 以期获得与实际大气和海洋中稳定分层湍流相符的性质. 我们在不同初始条件的流场和不同的流动特征参数（雷诺数Re和弗罗德数Fr）下用大涡模拟方法获得充分发展湍流场. 通过分析湍动能和湍流特征尺度随时间的演化考察稳定分层湍流演化过程; 并通过三维能谱、水平和垂直能谱来检验数值模拟是否和真实大气、海洋中实测结果一致. 研究结果表明, 大涡模拟可以用较少网格数获得和实测一致的稳定分层湍流性质. 不同的初始流场都能演化为湍流, 并且发现演化过程的后期总是内波能量占优势. 研究证实要获得和实测一致的稳定分层湍流的关键是特征参数必须满足一定条件： 特征雷诺数和弗罗德数不一定要和实际大气和海洋中的参数相等, 但是要求雷诺数足够大, 弗罗德数足够小（例如Re〉102, Fr〈0.1）; 特别重要的是组合参数ReFr2必须大于10.     

大气湍流对激光束传输特性的影响

激光束湍流大气传输的研究对遥感、跟踪和远距离光通信,以及高功率激光武器等应用都有十分重要的意义.大气湍流会改变光束的传输特性和降低光束质量.介绍了近年来国内外激光束湍流大气传输特性研究进展,主要包括大气湍流对不同类型激光束的光强分布、光束质量、光束扩展、方向性、光谱特性、偏振特性、相干特性和等效曲率半径影响的研究进展,并介绍了主要的解析研究方法,如Rytov相位结构函数二次近似、强起伏模型和积分变换的技巧等.研究表明:大气湍流对激光束传输特性的影响与激光束本身特性,如空间相干性、时间相干性、模式、光阑限制情况以及列阵光束的叠加方式等因素有关.另外,还提出了该领域值得进一步深入研究的一些问题.     

修正贝塞尔高斯谢尔光束在湍流中的演变特性

研究了修正贝塞尔高斯谢尔(MBGS)光束在柯尔莫哥诺夫湍流模型下的演变特性,推导了MBGS光束在源平面场的表达式,在此基础上利用广义惠更斯-菲涅尔积分原理获得任意阶修正贝塞尔高斯谢尔光束在经过湍流大气后的平均光强解析表达式.数值计算和分析表明:相关宽度对MBGS光束在湍流大气中的演变特性具有重要影响,增大相关宽度减缓了修正贝塞尔高斯谢尔光束演变为高斯光束的进程,增大了光束经过湍流大气后接收平面的光强.相比于高阶MBGS光束,低阶MBGS光束在湍流大气中传播后能够获得更大的归一化平均光强,但在传播过程中比高阶MBGS光束更早演变为高斯光束.MBGS光束在湍流大气中传播时,相关宽度优化选取后的低阶、短波长MBGS光束具备更强的抗干扰性.     

海洋大气环境下运动平台上湍流通量和光学湍流测量问题探析

给出了船体上开展湍流通量和光学湍流测量的几种方法,即用惯性耗散法估算湍流通量,用超声风速计测量光学湍流强度,用常规气象参数估算湍流强度.并给出了初步实验结果.     

高超声速流动中双尺度湍流模式的应用

论文研究了双尺度湍流模式,并对其在壁面附的近长度尺度进行了修正,选择四个基准流动－超声速和高超声速二维压缩拐角,锥柱裙组合体绕流和斜激波／平板湍流边界层干扰－进行了数据计算,数值计算和实验结果的比较表明修正双尺度湍流模式对流动分离,摩阻和热流的计算具有更好的效果。     

扰动近地层湍流互谱特征研究

运用国际能量平衡实验(EBEX-2000)的湍流、净辐射和温度梯度资料, 对近地层8.7 m和2.7 m两个高度的湍流互谱结构、温度廓线和湍流通量的特征进行了分析, 重点研究了逐块灌溉所致的扰动近地层内大涡与局地湍流的相互作用以及大涡对地表通量的影响。研究结果显示, 低频湍流互谱的峰值频率在两个高度趋于一致, 基本遵循外层标度律(OLS)模型; 高频湍流符合局地各向同性湍流理论。由于大涡的影响, 湍流互谱低频能量显著增强, 且该增强作用在8.7 m高度比2.7 m高度更为突出。湍流谱的低频部分出现多峰值, 峰值频率对应的涡旋尺度与热力非均匀性的尺度有较好的对应关系, 主要的3个涡旋尺度分别为800, 400和200 m。大尺度涡旋扰动对局地湍流的影响: 上层大于下层, 不稳定时大于稳定时。     

基于DANS方程的粗糙床面明渠水力特性研究

基于双向平均NS方程(DANS方程)建立粗糙床面明渠水流数学模型,应用修正的S-A湍流模型对其紊流过程进行模拟,采用涡黏系数法计算明渠湍流在粗糙床面上存在障碍物时的形状应力,结果表明:形状应力在障碍物层以内不可忽略,而在障碍物上部,会迅速减小直至可忽略不计;速度值会随形状应力的增大而减小;障碍物顶部附近的雷诺应力也会因为形状应力的存在而有明显的减小。此外,针对障碍物孔隙率的研究表明:障碍物孔隙率的分布对速度、雷诺应力及形状应力等存在一定的影响,并且当孔隙率的分布越光滑时,其影响越小。     

湍流抑制器对中间包钢液流动的影响

采用水模拟试验研究湍流抑制器对中间包钢液流动特性的影响。结果表明,拉速变化时单层湍流抑制器对钢液流动影响程度较小,双层湍流抑制器能延长包内钢液平均停留时间;液位变化时双层湍流抑制器对钢液流动影响程度较小,相同液位下双层湍流抑制器使钢液在中间包内平均停留时间较之于单层湍抑器相应值至少增加20s;3种湍流抑制器对中间包流场的改善程度从大到小排序为:双层湍流抑制器,八角形湍流抑制器,单层湍流抑制器。     

基于Fluent的三角翼可压缩外部扰流的研究与分析

介绍一种三角翼的结构及特点,通过Fluent对空气有攻角扰流并发生边界层分离现象进行仿真分析。研究空气扰流三角翼的流动情况,并通过仿真分析得到可压缩外部扰流对三角翼的影响结果。     

车身非光滑表面边界层流场特性分析

为了研究非光滑车身表面边界层流场特性,采用大涡模拟与Realizable k-ε湍流模型对车身外部瞬态和稳态流场进行数值模拟计算,对比分析了非光滑模型与光滑模型边界层内速度、粘性底层厚度、壁面剪切力、表面摩擦阻力因数、湍流强度和湍流耗散率等流场参数,解析了非光滑表面对车身流场流动特性的影响.研究结果表明,非光滑模型边界层内速度明显高于光滑模型,边界层厚度、壁面剪切力、表面摩擦阻力因数、湍流强度、湍流耗散率都比光滑模型有所减小.非光滑表面的引入加剧了车身尾迹气流的参混效应,防止外界的高速流对内部低速流的引射作用,从而减少了车身流场能量的损失.     

悬移质含沙量的垂线分布规律探讨

初步探讨了二元明渠紊流扩散的时均结构和悬移质含沙量的垂线分布规律。研究结果表明，紊流垂向扩散系数的分布自边界附近向水面逐渐增大，在水面附近达到最大值；建立的含沙量垂线分布与近年来实测得到的水流脉动强度的生垂线分布规律相同，即最大值位于临底附近，由此向水面附近逐渐衰减但不等于零，向床面层快速快速衰减趋向于零；悬浮指标在垂线上是一个变量。     

不稳定近地面层湍流的大涡模拟

采用加密网格的大涡模式获取边界层风、温场的高分辨率模拟结果,并据以分析近地面层大气的湍流特性。结果表明,较小的网格尺度使次网格湍流贡献率大为降低,模式计算结果对次网格参数的依赖性减小,边界层整体特征得到更好的反映。同时,模拟出的近地面层通量 廓线关系及湍流速度特征与实际观测结果吻合甚好,表明模式具有反映近地面层平均运动和湍流特性的能力。     

基于模式分集的大气湍流补偿技术研究

针对空间光通信系统中大气湍流对系统性能影响较大的问题,提出了基于模式分集结合最大比合并 ( MRC: Maximum Ratio Combining) 算法的大气湍流补偿方案,采用不同模式作为独立信道进行空间分集接收, 利用最大比合并算法实现多模式信道的分集合并。其中在最大比合并算法实现方面,把不同支路的信噪比测 量问题转化为数字域的信噪比权重系数计算问题,简化了硬件实现难度。应用VPItransmissionMaker 仿真平台 并结合Matlab 编程,搭建仿真系统,验证了该方法的有效性。仿真结果表明,该方法能很好地补偿大气湍流对 空间光通信系统性能的影响,而且对强湍流的补偿效果略好于弱湍流,模式分集数量越多,补偿效果越好。