一种大气折射率结构常数时空分布测量方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116008233A(43)申请公布日2023.04.25(21)申请号202310030412.9(22)申请日2023.01.10(71)申请人南京信息工程大学地址224002江苏省盐城市盐南高新区新河街道文港南路105号(72)发明人陈云云张绮方程伟昊陈雅宜(74)专利代理机构南京纵横知识产权代理有限公司32224专利代理师马进(51)Int.Cl.G01N21/41(2006.01)权利要求书4页说明书10页附图8页(54)发明名称一种大气折射率结构常数时空分布测量方法(57)摘要本发明公开了一种大气折射率结构常数时空分布测量方法，包括：获取待测流场的莫尔条纹；根据待测流场的莫尔条纹计算得到标准莫尔条纹的包裹相位；根据标准莫尔条纹的包裹相位计算得到标准莫尔条纹真实相位；根据标准莫尔条纹真实相位计算得到标准莫尔条纹的偏折角；根据标准莫尔条纹的偏折角计算得到大气折射率结构常数时间分布和空间分布。本发明基于莫尔层析技术，实现了大气折射率结构常数时间分布和空间分布的同步测量，不受温度限制，具有实时、稳定和非接触等优点，为研究大气对光学探测和通信等方面的影响提供了参考。CN116008233ACN116008233A权利要求书1/4页1.一种大气折射率结构常数时空分布测量方法，其特征在于，包括：获取待测流场的莫尔条纹；根据待测流场的莫尔条纹计算得到标准莫尔条纹的包裹相位；根据标准莫尔条纹的包裹相位计算得到标准莫尔条纹真实相位；根据标准莫尔条纹真实相位计算得到标准莫尔条纹的偏折角；根据标准莫尔条纹的偏折角计算得到偏折角时间分布上的方差和偏折角空间分布上的方差；根据偏折角时间分布上的方差和偏折角空间分布上的方差分别计算得到大气折射率结构常数时间分布和大气折射率结构常数空间分布。2.根据权利要求1所述的大气折射率结构常数时空分布测量方法，其特征在于，所述标准莫尔条纹的包裹相位采用傅立叶分析法计算得到，具体包括：选取待测流场莫尔条纹中的矩阵G作为计算区域，对其进行傅里叶分析，得到：其中，B表示莫尔条纹频域信息，表示傅里叶变换；提取莫尔条纹频域信息B中的一个旁瓣并平移至频域原点，得到频谱Q并进行傅里叶逆变换，得到：其中，H表示傅里叶逆变换后的矩阵，表示傅立叶逆变换；根据傅里叶逆变换后的矩阵H，利用反正切函数计算得到标准莫尔条纹的包裹相位ψ：其中，Im表示虚部，Im[H]表示取H的虚部，Re表示实部，Re[H]表示取H的实部。3.根据权利要求1所述的大气折射率结构常数时空分布测量方法，其特征在于，所述标准莫尔条纹真实相位采用多重网格法计算得到，具体包括：将标准莫尔条纹的包裹相位进行多次收缩和延拓获得不同粗细网格下的包裹相位，收缩的计算公式为：所述延拓的计算公式为：2CN116008233A权利要求书2/4页其中，c表示粗网格上的点，cij、ci+1,j、ci,j+1、ci+1,j+1分别表示粗网格上第i行第j列、第i+1行第j列、第i行第j+1列、第i+1行第j+1列的点，f表示细网格上的点，f2i‑1,2j‑1、f2i‑1,2j+1、f2i+1,2j‑1、f2i+1,2j‑+1、f2i,2j‑1、f2i,2j+1、f2i‑1,2j、f2i+1,2j、f2i,2j分别表示细网格上第2i‑1行第2j‑1列、第2i‑1行第2j+1列、第2i+1行第2j‑1列、第2i+1行第2j+1列、第2i行第2j‑1列、第2i行第2j+1列、第2i‑1行第2j列、第2i+1行第2j列、第2i行第2j列的点；将不同粗细网格下的包裹相位进行包裹处的残差迭代，用0作为初值对Ae＝r进行迭代计算：r＝ρ‑Aφ'(6)其中，r表示残差，A表示差分系数矩阵，e表示φ‑φ'，Aφ＝ρ，φ'表示不同粗细网格下的包裹相位，ρ表示标准莫尔条纹真实相位φ的拉普拉斯算子，当迭代至残差收敛时，得到的细网格上的相位分布即为标准莫尔条纹真实相位。4.根据权利要求1所述的大气折射率结构常数时空分布测量方法，其特征在于，所述标准莫尔条纹偏折角的计算公式为：其中，α表示标准莫尔条纹偏折角，φ表示标准莫尔条纹真实相位，d表示光栅常数，n0表示实际实验测量中的环境折射率，β表示两光栅之间的夹角，Δ表示两光栅之间的间距。5.根据权利要求1所述的大气折射率结构常数时空分布测量方法，其特征在于，所述偏折角时间分布上的方差的计算方法包括：将获得的标准莫尔条纹偏折角按时间进行分组，任意一组偏折角时间分布上的方差为：其中，表示偏折角时间分布上的方差，表示第m组图片的偏折角时间分布上的方差，m表示第m组，N0表示每个分组中图片的帧数，k表示第k帧图片，δt表示一帧图片的采样时间，T表示所有图片的总采样时间，分别表示每组图3CN116008233A权