[发明专利]一种利用相位结构函数增量比选取最优谐波次数的方法

说明书

一种利用相位结构函数增量比选取最优谐波次数的方法，用于提高最优谐波次数选取的准确度，其技术方案是，所述方法首先选取大气湍流相位功率谱密度模型，得到相应的相位结构函数理论值；然后选取参考点位置并给出满足相位屏准确性要求的相位结构函数增量比的取值范围；最后将该相位结构函数增量比的取值范围作为选取最优谐波次数的结束条件，通过计算不同谐波次数时的相位结构函数增量比得到所需的最优谐波次数。本发明根据满足相位屏准确性要求的相位结构函数增量比的取值范围确定最优谐波次数选取的结束条件，不仅能够准确地选出所需的最优谐波次数，降低计算复杂度，而且应用范围广，对三种常用的相位功率谱密度模型均适用。

技术领域

本发明涉及一种大气湍流数据的处理技术，特别是利用次谐波法模拟大气湍流相位屏时使用的、用于选取最优谐波次数的方法，属测量技术领域。

背景技术

到目前为止，大气湍流相位屏的模拟方法有很多种，如基于快速傅里叶变换的谱反演法、基于正交多项式的Zernike多项式法、基于随机中点位移的分形法等等。最常用的大气湍流相位屏模拟方法之一就是谱反演法中的次谐波法，它不但弥补了经典谱反演法中低频信息不足的问题，还拥有计算速度快、适用范围广的优点。利用此方法生成的大气湍流相位屏的准确性与添加的谐波次数有关，随着谐波次数的增加，生成相位屏的准确性越高。然而，当添加的谐波次数超过一定数值后，相位屏的准确性不但不再明显提高，还会增加仿真时间，甚至造成数值变化，因此利用次谐波模拟大气湍流相位屏时存在最优谐波次数。但是，目前关于如何选取最优谐波次数的研究很少。早期，在利用次谐波法模拟大气湍流相位屏时，添加多少次谐波没有依据，直至2004年，Sedmak才给出了一些非定量的实用评估标准；随后Carbillet对其进行了改进，给出了两种定量评估标准，然而这两种标准均存在所得最优谐波次数不够准确的问题。

从上述文献可以看出，利用次谐波模拟大气湍流相位屏时存在最优谐波次数，但利用现有评估标准选取最优谐波次数的准确度尚需提高。因此，需要设计新的选取最优谐波次数的评估标准，以获取更准确的最优谐波次数，并利用其生成精确的大气湍流相位屏。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种利用相位结构函数增量比选取最优谐波次数的方法，以提高最优谐波次数选取的准确度。

本发明所述问题是以下述技术方案解决的：

一种利用相位结构函数增量比选取最优谐波次数的方法，所述方法首先选取大气湍流相位功率谱密度模型，得到相应的相位结构函数理论值；然后设置初始条件，选取参考点位置并给出满足相位屏准确性要求的相位结构函数增量比的取值范围；最后将该相位结构函数增量比的取值范围作为选取最优谐波次数的结束条件，通过计算不同谐波次数时的相位结构函数增量比得到所需的最优谐波次数。

上述利用相位结构函数增量比选取最优谐波次数的方法，所述方法的处理步骤为：

a.选取大气湍流相位功率谱密度模型Φ_φ(f)，得到相应的相位结构函数理论值

b.设置初始条件，选取参考点位置并给出最优谐波次数选取的结束条件：

①初始条件包括：相位屏的尺寸D、大气相干长度r₀(如果Φ_φ(f)为vonKármán模型，还需要设置大气湍流外尺度L₀；如果Φ_φ(f)为修正的von Kármán模型，还需要设置大气湍流内尺度l₀和外尺度L₀)；

②选取参考点位置为r＝D/2；

③确定最优谐波次数选取的结束条件：设置满足相位屏准确性要求的相位结构函数增量比的最大值P_DT，则最优谐波次数选取的结束条件为P_D≤P_DT；