下载文档原格式
第16卷 第1期强激光与粒子束Vol.16,No.1 2004年1月HIGH POWER LASER AND PAR TICL E B EAMS Jan.,2004 文章编号: 100124322(2004)0120001204大气相干长度的昼夜观测Ξ汪建业, 刘晓春, 饶瑞中, 龚知本(中国科学院安徽光学精密机械研究所,安徽合肥230031) 摘 要: 介绍了利用差分像运动测量法测量光波到达角起伏方差来确定大气相干长度的方法,阐述了一种能对大气相干长度进行昼夜测量的日夜两用型大气相干长度仪的测量原理与结构,经过长期昼夜观测分析得知:整层大气湍流强度有随时间变化的趋势,这种趋势与近地面层的湍流强度的时间变化特征基本吻合,即在日出后和日没前两段时间内的相干长度值远大于其它时间段内的值。
关键词: 大气传输; 大气相干长度; 统计特征 中图分类号: TN246;O437 文献标识码: A 激光大气传输及自适应光学相位校正研究需要对大气湍流介质进行定量的描述。
大气相干长度描述了整层大气传输路径上的综合湍流强度,为分析激光在整层大气中的上行或下行传输提供基本的参数。
大气相干长度最初在天文观测中得到应用,大气湍流引起的星光波前起伏使接收光学望远镜的实际分辨率与大气相干长度密切相关,口径几m的望远镜的实际分辨率大致与口径为10～20cm的望远镜相似。
通过自适应光学技术来校正大气湍流导致的波前起伏,可提高光学望远镜的分辨率使之达到或接近衍射极限,自适应光学系统的效率也与大气相干长度密切相关。
因此大气相干长度对自适应光学系统的设计也是十分重要的。
因此,我们研制了一种既可以在白天又可以在夜晚观测的大气相干长度仪,作为激光大气传输及相位校正研究的基本工具之一。
1 测量原理与方法 由于空间相位起伏所导致的空间相干性退化,使得平行于平面波波阵面的接收孔径上仅在—个有限范围内呈现相位相干,这个范围的尺度用横向相位相干长度或大气相干长度r0来描述。
【标题】大气折光对测绘工作的影响【摘要】大气折射是测量的主要误差之一，它在很大程度上取决于大气内部结构。
由于气候条件和地理特性，对本地区的高精度测量工作会产生显著地影响。
随着数字化城市及各种测量工作的需要，提高我国测量数据处理水平迫在眉睫，这就要很好研究产生大气折射误差的内在机制与误差和本地区自然条件的相关关系，并找出大区折射误差的修正方法。
【关键字】大气折光、测绘工作、测角、测距【正文】地球大气是一种典型的随机非均匀介质，在地面进行光学观测总要受大气的影响，而大气介质对光传播的影响主要体现在空气中的尘埃的散射作用，关在任意方向上的偏离直线传播。
而根据自然地理学可知道，随着海拔高度的上升，大气柱的重量减少，所以气压随高度升高而降低。
气压随高度变化的实际情况与气温和气压条件有关。
由于热力和动力的原因，在同一水平面上气压的分布是不均匀的。
气压相同的条件下，气柱温度愈高，单位气压高度差愈大，气压垂直梯度愈小。
因此，当空气受热状况有差异时，暖区的气压垂直梯度比冷区小。
在相同气温下，气压愈高，单位气压高度差愈小，气压垂直梯度愈大。
基于这两点，在地面受热较强的暖区，地面气压常比周围低，而高空气压往往比同一海拔高度的邻区高；在地面热量损失较多的冷区，地面气压常比周围高，而高空气压往往比周围低。
所以大气的密度分布不均造成了大气折光。
人类赖以生存的大气，是围绕着整个地球的一个巨大的气体圈层，称为大气圈。
地球大气是伴随这地球的形成过程，经过了一万年的不断更新才演变成今天这个样子，地球演变过程大概可以分为三个阶段：原始大气阶段、次生大气阶段、今日大气阶段大气折光对测绘工作的主要影响在于测角和测边：1、大气折光对水平角的影响水平折光就是在水平方向上空气密度是不均匀的，地面冷热不均形成的空气环流，形成的水平密度梯度，而产生的折光。
大气的温度、湿度、密度、太阳照射方位及地形、地物等因素，对测角的影响主要表现在观测目标成像质量，观测视线的弯曲等方面。
第16卷 第1期强激光与粒子束Vol.16,No.1 2004年1月HIGH POWER LASER AND PAR TICL E B EAMS Jan.,2004 文章编号: 100124322(2004)0120001204大气相干长度的昼夜观测Ξ汪建业, 刘晓春, 饶瑞中, 龚知本(中国科学院安徽光学精密机械研究所,安徽合肥230031) 摘 要: 介绍了利用差分像运动测量法测量光波到达角起伏方差来确定大气相干长度的方法,阐述了一种能对大气相干长度进行昼夜测量的日夜两用型大气相干长度仪的测量原理与结构,经过长期昼夜观测分析得知:整层大气湍流强度有随时间变化的趋势,这种趋势与近地面层的湍流强度的时间变化特征基本吻合,即在日出后和日没前两段时间内的相干长度值远大于其它时间段内的值。
关键词: 大气传输; 大气相干长度; 统计特征 中图分类号: TN246;O437 文献标识码: A 激光大气传输及自适应光学相位校正研究需要对大气湍流介质进行定量的描述。
大气相干长度描述了整层大气传输路径上的综合湍流强度,为分析激光在整层大气中的上行或下行传输提供基本的参数。
大气相干长度最初在天文观测中得到应用,大气湍流引起的星光波前起伏使接收光学望远镜的实际分辨率与大气相干长度密切相关,口径几m的望远镜的实际分辨率大致与口径为10～20cm的望远镜相似。
通过自适应光学技术来校正大气湍流导致的波前起伏,可提高光学望远镜的分辨率使之达到或接近衍射极限,自适应光学系统的效率也与大气相干长度密切相关。
因此大气相干长度对自适应光学系统的设计也是十分重要的。
因此,我们研制了一种既可以在白天又可以在夜晚观测的大气相干长度仪,作为激光大气传输及相位校正研究的基本工具之一。
1 测量原理与方法 由于空间相位起伏所导致的空间相干性退化,使得平行于平面波波阵面的接收孔径上仅在—个有限范围内呈现相位相干,这个范围的尺度用横向相位相干长度或大气相干长度r0来描述。
云层对近红外白天测星的影响王铎;韩艳丽;孙腾飞【摘要】大气层内白天测星最大的困难是过强的天空背景辐射，白天近红外波段可以探测到足够多的星体用以导航。
目前已有研究针对理想情况下的白天恒星探测进行了分析，然而，对于实际情况来说，天空背景很难像理想分析中那样无风无雨无云，尤其是云层自身的热辐射及散射的太阳辐射对近红外白天恒星探测造成极大的影响；根据经验公式，对云层和太阳的红外辐射进行计算，分析了白天云层对恒星探测的影响，并以层云和积云为例，具体分析了恒星辐射透过云层的衰减，对实际工作具有一定的指导意义。
%The strong sky background radiation is the biggest difficulty for star detection during daytime,and NIR can detect sufficient number of stars for navigation during daytime. At present,star detection under the ideal situation has been analyzed during daytime. However,for the actual situation,sky background is much different as the ideal situa-tion,especially clouds has thermal radiation and scatter the solar radiation during daytime. It has great effect on star detection;the radiation of clouds and sun is calculated through empirical formula,the influence of clouds on star de-tection is analyzed. Using the stratus and cumulus clouds as an example,the star radiation attenuation through the clouds is specifically analyzed. It is helpful to the practical work.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】4页(P633-636)【关键词】近红外;云层;白天;恒星探测【作者】王铎;韩艳丽;孙腾飞【作者单位】92941 部队，辽宁葫芦岛 125000;海军航空工程学院，山东烟台264001;92819部队，辽宁大连 116600【正文语种】中文【中图分类】V476.4;TN2151 引言红外探测系统采用被动方式工作，具有较强的抗干扰能力，隐蔽性好［1］。
光电经纬仪视轴晃动的标定补偿王涛;唐杰【摘要】In order to correct the impact of the optical axis swing on the angle-measuring precision of the theodolite and achieve high precision measurement,the fundamental theory of the system error compensationby using the method of cytaster calibration was analyzed,and then a method to calibrate and correction on the optical axis swing of the the-odolite by using collimators was designed.After calibrating the optical axis error,the approximating function of the system error was obtained,and any optional object can be compensated and corrected according to the function.This method is convenient to operate and easy to construct by simple measuring condition,and the angle-measuring preci-sion is better than 1 0″in the practical experimen t.This provides a efficient method for correction of the optical axis error and the high precision electro-optical measurement.%为了修正视轴晃动对经纬仪测角精度的影响，补偿系统误差产生的测角误差，实现高精度测量，分析了星体标校方法补偿系统误差的基本原理，设计了一套利用平行光管对经纬仪视轴晃动进行室内标定和补偿的方法。
大气相干长度仪和能见度仪简介1、引言激光束经过大气时，大气的会导致光束指向性随机起伏、光束扩展和光强闪烁等湍流效应，限制了激光工程的应用效果；同时大气对光波存在衰减效应，导致激光平均能量下降。
因此在激光工程应用中需要实时监视大气湍流和大气透过率，为激光工程的应用性能提供辅助参考。
描述湍流强弱常用的参数为大气相干长度，其物理含义为：在统计意义上讲，光波经过大气后波前的畸变方差等于1rad2时对应的空间直径；大气相干长度描述了光波经过大气后的湍流积分效应。
大气衰减程度的高低常用大气透过率描述，大气透过率下降是由气溶胶（大气中的细微颗粒）和大气分子共同引起；如果光波波长不在分子吸收线上，大气分子吸收的影响相对较小，透过率的下降主要由气溶胶引起，此时大气透过率直接与大气能见度相关：能见度高透过率高，能见度低透过率低。
测量大气相干长度的常用仪器为根据差分像运动原理研制的大气相干长度仪，测量大气能见度的常用仪器为能见度仪，现将两仪器的基本性能参数介绍如下。
2、大气相干长度仪简介2.1、仪器概述大气相干长度仪由信标光源和跟踪成像系统组成，仪器通过测量光波经过大气后的光束抖动效应得到大气相干长度，其基本原理为差分像运动（DIM，Differential Image Motion）原理，即通过双孔差分信标光在远场成像的抖动量得到大气相干长度。
仪器采用DIM原理能够有效避免信标光本身（如移动信标）或跟踪接收系统本身机械抖动（如风干扰、跟踪干扰）对测量的影响。
大气相干长度仪需要信标光源：对于近地面和斜程有限距离观测场景，需要人造光源为信标；对于整层大气观测场景，仪器可以昼夜以恒星为信标观测。
图 1 为大气相干长度仪在外场试验的照片和测量的信标成像图片。
图 1 大气相干长度仪照片及信标成像图片 （左图：大气相干长度仪实物照片；右图：不同湍流条件下信标成像差异，归一化显示）2.2基本测量原理根据DIM 原理，在成像系统的两子孔径中心间距大于2倍子孔径直径（2d D ≥）时，信标在光学系统焦平面所形成双像的相对位置方差与大气相干长度关系为：3/525/31/31/30222[0.364(/)0.242(/)]x y f D d r λλλσσ⎧⎫-⎪⎪=⎨⎬+⎪⎪⎩⎭ (1) 其中f 为系统等效焦距，λ为波长，D 为子孔径直径，d 为子孔径中心间距；2x σ、2y σ为双像在正交方向上相对位置变化量投影方差（单位为2rad ），该参数的变化是湍流直接引起；通过分析双像的相对位置方差结合系统参数能够得到信标光传播路径上的大气相干长度。
大气折射率对天文观测的影响评估研究引言：天文观测是研究宇宙及天体现象的重要手段之一，而大气折射率是影响天文观测精度的主要因素之一。
本文将探讨大气折射率对天文观测的影响，并进行相关评估研究。
一、大气折射率的概念及影响因素大气折射率是指光线由真空进入大气后发生的折射现象。
它与大气中湍流和温度梯度等因素密切相关。
湍流是大气中不稳定的气流运动，会引起折射率的不均匀分布；温度梯度则影响折射率的空间分布。
二、大气折射率对天文观测的影响1. 视觉分辨率的降低大气折射率使得经过大气层的光线发生偏折，导致图像模糊和分辨率下降。
这对于观测天体细节和结构的研究具有重要影响，尤其是在高分辨率的天文观测中，需要进行折射校正以提高精度。
2. 光学干涉仪的误差增加光学干涉仪是天文观测中常用的装置，它通过对光的干涉来测量天体参数。
大气折射率的变化会引起光学路径的差异，导致干涉仪的误差增加，降低观测精度和准确性。
3. 天文观测数据的噪声增加大气折射率变化会引起光线在传播过程中的扩散和散射，导致信号的损失和噪声的增加。
这对于天文观测中的数据分析和处理带来困难，需要进行折射率校正以提高数据的可靠性。
三、大气折射率评估研究方法1. 天文站点选择天文观测站点的选择对于评估大气折射率的影响至关重要。
一般情况下，高海拔地区的大气密度较低，湍流和温度梯度较小，适合进行精密观测。
2. 折射率测量方法折射率的测量可以使用多种方法，如大气水平路径测量、雷达测量、激光测距等。
通过对不同高度和时间段的折射率进行测量和记录，可以得到详细的折射率分布图。
3. 数据分析与模型建立通过对折射率数据的分析和建模，可以了解不同情况下的折射率变化规律和趋势。
这有助于对天文观测数据进行校正和误差修正。
四、大气折射率对天文观测的影响评估案例以某个天文台为研究对象，通过连续观测并记录大气折射率数据，分析其对该天文台观测精度的影响。
通过与其他天文台的对比研究，得出不同地理条件下大气折射率的差异，以及对观测结果的影响程度。
大气中的天文现象揭示大气对天体观测的影响天文学作为一门科学，通过观测和研究天体现象来揭示宇宙的奥秘。
然而，由于大气层的存在，天文观测常常受到大气的干扰。
本文将探讨大气中的一些天文现象，并说明它们是如何揭示大气对天体观测的影响。
1. 日出和日落日出和日落是大多数人熟悉的天文现象。
当太阳从地平线上升起或落下时，光线要经过大气层的散射和吸收。
由于大气层的折射和散射作用，太阳的位置在地平线上方，并且会出现日出和日落的视觉效果。
这种视觉效果使得天文观测在日出和日落期间受到困扰，因为大气层散射了太阳的光线，使得其他天体的观测变得困难。
2. 天空的颜色白天，天空呈现出蓝色，而夜晚天空则呈现出黑色。
这是因为大气层对光的散射和吸收的结果。
当太阳处于较高的位置时，其光线经过大气层的散射后变为蓝色，使得整个天空呈现出蓝色。
而太阳落下后，没有阳光的照射，大气层几乎不再散射可见光，因此天空呈现出黑色。
这种大气散射现象导致了夜间天文观测的可能性，因为在黑暗的天空下，天体的观测更加清晰。
3. 天气现象云层、雾霾和降水等天气现象也对天文观测产生了重要影响。
云层会遮挡天体的观测，尤其是密集的云层会完全阻挡光线的穿过。
雾霾则会散射光线，使得观测到的天体变得模糊不清。
此外，降水如雨、雪等也会导致观测设备受到破坏，同时阻碍对天体的观测。
这些大气现象需要考虑到天文观测的时间和地点，以确保清晰的观测条件。
4. 大气的折射大气层对光的折射也是天文观测中需要考虑的因素之一。
光线在进入大气层后会根据层状结构的折射率变化而发生弯曲。
这种折射现象导致了看起来天体位置的偏移，特别是在边缘处。
在地平线附近，太阳和月亮看起来更大，这是因为它们的光线经过了较长的路径，大气层的折射使得它们离观察者更近。
5. 大气的稳定性和湍流大气的稳定性和湍流也会影响天文观测的准确性。
不稳定的大气层会导致湍流现象，造成星象的变形和扭曲。
这种湍流现象可以通过建立观测设备在较稳定大气层中的位置来减小，如安装在高山或使用自适应光学技术。
天空背景近红外氧气A带光谱测量与分析张瑜;刘秉琦;陈玉丹;余皓;闫宗群;华文深;李晓明;朱艮春【摘要】为研究被动测距技术中天空背景近红外氧气A带光谱特性,利用高光谱成像光谱仪,对不同天顶角下的天空近红外氧气A带光谱进行测量,并依据被动测距原理,计算出不同天顶角下的天空背景光谱的氧气吸收率.测量结果表明:天空背景光谱在氧气A带中有明显的特征吸收谱线存在,并且天顶角越大天空光谱氧气A带吸收强度越强,氧气吸收率越大.这为后续被动测距的背景抑制和目标光谱准确提取奠定了基础.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2015(045)009【总页数】4页(P1080-1083)【关键词】被动测距;氧气A带;天空光谱;氧气吸收率【作者】张瑜;刘秉琦;陈玉丹;余皓;闫宗群;华文深;李晓明;朱艮春【作者单位】军械工程学院电子与光学工程系,河北石家庄050003;军械工程学院电子与光学工程系,河北石家庄050003;军械工程学院电子与光学工程系,河北石家庄050003;军械工程学院电子与光学工程系,河北石家庄050003;装甲兵工程学院,北京100072;军械工程学院电子与光学工程系,河北石家庄050003;军械工程学院电子与光学工程系,河北石家庄050003;77538部队,西藏拉萨850000【正文语种】中文利用大气对目标辐射的氧气A带的吸收来获取目标距离的被动测距技术受到越来越多的关注,该技术的理论模型由美国的Hawks首次提出[1],并进行了地面和飞行测试[2-5],国内以氧气 A 带(758～778 nm)作为研究对象,对被动测距进行了初步的理论和实验研究[6-12],介绍了带平均透过率数学模型的原理及方法,计算了目标辐射在不同路径下的氧气 A 带的带平均透过率[9-10]；将ABB灯和卤钨灯作为被测光源,进行了近程测距实验,获得了较高的测距精度[12-13]；研究分析了不同太阳高度角对固定点目标测距精度的影响[14]。
