内尺度对光强闪烁激光雷达测量结果的影响

Zhao Qi,Cui Chaolong,Huang Honghua,Zhu Wenyue,Rao Ruizhong

Acta Optica Sinica（2018）

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摘要

利用Kolmogorov谱、修正Hill谱和Rytov改进模型三种大气湍流功率谱模型,得到了光强闪烁激光雷达探测路径上闪烁指数与大气折射率结构常数之间的关系.分析了不同内尺度下大气湍流强度的变化情况,并与不考虑内尺度的情况进行了比较.结合实验数据对比分析了内尺度对光强闪烁激光雷达在探测大气湍流时的影响程度,结果表明在内尺度的取值变化范围内,采用修正Hill谱时,理论上有限内尺度的折射率结构常数与不考虑内尺度时折射率结构常数的比值可达9,实验中传输距离为1020 m和2040 m的传输路径上两者最大偏差为0.4和0.1个量级;Rytov改进模型下,理论上有限内尺度的折射率结构常数与不考虑内尺度时折射率结构常数的比值可达6,实验中同样传输路径上两者最大偏差为0.6和0.3个量级.理论和实验结果表明:有限内尺度的折射率结构常数测量结果在一定程度上偏离不考虑内尺度的折射率结构常数,且影响程度与激光传输距离和内尺度的大小有关.因此,在光强闪烁激光雷达的大气湍流探测过程中,必须考虑内尺度效应.

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关键词

atmospheric optics, residual turbulent scintillation lidar, inner scale, scintillation index, atmospheric refractive index structure constant

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