先进多孔径视宁度廓线仪数值模拟研究.pptxVIP

先进多孔径视宁度廓线仪数值模拟研究汇报人：2024-02-01

目录CONTENTS研究背景与意义数值模拟方法与模型建立多孔径视宁度廓线仪结构设计优化光学系统设计与性能分析数据处理与误差分析实验验证与结果讨论

01研究背景与意义

视宁度廓线仪是一种用于测量大气光学湍流强度的仪器。它通过测量大气中星光闪烁的强度来获取视宁度廓线，即大气湍流强度随高度的变化。视宁度廓线仪在天文观测、大气光学和遥感等领域具有广泛应用。视宁度廓线仪概述

多孔径技术是一种通过多个小孔径同时观测同一目标，以提高测量精度和稳定性的方法。在视宁度廓线仪中，多孔径技术可用于提高星光闪烁测量的准确性和可靠性。多孔径技术还可以应用于其他光学仪器中，如望远镜、摄像机等，以提高成像质量和分辨率。多孔径技术原理及应用

数值模拟在仪器设计中的重要性数值模拟是一种基于计算机仿真的设计方法，可用于预测和优化仪器的性能。在视宁度廓线仪的设计中，数值模拟可用于研究大气湍流对测量精度的影响，优化仪器的结构和参数设置。数值模拟还可以用于研究多孔径技术对视宁度测量的影响，提高测量精度和稳定性。

研究目的通过数值模拟方法，研究多孔径视宁度廓线仪的测量原理、性能优化及应用拓展等问题。研究意义提高视宁度廓线仪的测量精度和稳定性，为天文观测、大气光学和遥感等领域提供更加准确可靠的大气湍流强度信息；推动多孔径技术在光学仪器设计中的应用和发展。研究目的与意义

02数值模拟方法与模型建立

基于计算流体力学（CFD）的数值模拟方法采用有限体积法（FVM）进行离散化选用适合的湍流模型进行模拟数值模拟方法介绍

假设流体为不可压缩且流动为稳态忽略重力、热辐射等次要因素的影响构建先进多孔径视宁度廓线仪的物理模型物理模型构建及假设条件

设定入口、出口、壁面等边界条件选择合适的流体参数，如密度、粘度等根据实际情况调整模型参数边界条件设置及参数选择

对计算域进行网格划分，确保网格质量选择适合的求解器进行求解根据模拟结果调整网格密度和求解器设置网格划分及求解器选择

03多孔径视宁度廓线仪结构设计优化

123基于多孔径成像原理，实现对大气视宁度的精确测量。设计理念包括主镜、次镜、多孔径镜头、光电传感器等。主要构件采用紧凑型设计，确保各部件之间的精确配合。结构布局初始结构设计方案

03结构稳定性与机械强度影响仪器的长期稳定性和使用寿命。01孔径大小与数量影响仪器的分辨率和视场范围。02镜片材料与光学性能直接关系到成像质量和测量精度。结构参数对性能影响分析

提高测量精度、扩大视场范围、增强结构稳定性。优化目标采用先进的光学设计理念、选用高性能材料、优化机械结构。优化手段方案设计、参数优化、模型制作、性能测试。实施步骤结构优化策略及实施过程

评估指标测量精度、视场范围、结构稳定性、成像质量等。评估方法采用实验测试和数值模拟相结合的方法进行评估。评估结果优化后的结构在各方面性能均有显著提升，满足设计要求。优化后结构性能评估

04光学系统设计与性能分析

多孔径视宁度廓线仪（MAP）光学系统主要由发射系统、接收系统和分光系统组成。发射系统负责产生并准直光束，接收系统用于收集大气后向散射光，分光系统则将不同波长的光信号分离并引导至探测器。MAP光学系统利用大气对光的散射作用，通过测量不同高度大气层的散射光强，反演出大气视宁度廓线。光学系统组成及原理介绍射光源光学透镜分光元件探测器关键元件选型及参数确定选择具有稳定输出、长寿命、窄带宽的激光二极管，以满足系统对光源单色性和稳定性的要求。选用高质量、低畸变的透镜，确保光束的准直性和聚焦性能。选择具有高灵敏度、低噪声、宽动态范围的光电探测器，以提高系统探测精度和稳定性。采用高性能的衍射光栅或干涉滤光片，实现不同波长光信号的有效分离。

光学透过率光学分辨率光学畸变光学稳定性光学性能评价指标及方法反映系统对相邻散射光信号的分辨能力，通过测量系统点扩散函数或调制传递函数来评估。评价光学系统对光的传输效率，通过测量系统发射和接收端的光功率来计算。评价系统长时间工作时光学性能的稳定性，通过监测系统关键光学元件的温度、振动等环境因素来实现。表征系统对光束形状的改变程度，通过测量系统波前误差或光束质量因子来量化。

通过优化光学系统设计和关键元件选型，可以进一步提高系统性能，为大气环境监测和气象预报等领域提供更准确、可靠的数据支持。在典型大气条件下，MAP光学系统能够实现对大气后向散射光的有效收集和测量，反演出高精度的大气视宁度廓线。仿真结果表明，系统光学透过率较高，光学分辨率和稳定性良好，能够满足实际应用需求。光学系统性能仿真结果

05数据处理与误差分析

通过先进多孔径视宁度廓线仪获取原始观测数据，包括大气温度、湿度、风速等气象参数以及视宁度信息。原始数据采集对原始数据进行清洗