Cross-wind profiling based on the scattered wave scintillations in a telescope focus

Abstract

The problem of wind profile reconstruction from scintillation of an optical wave scattered off a rough surface in a telescope focus plane is considered. Both the expression for the spatiotemporal correlation function and the algorithm of cross-wind velocity and direction profiles reconstruction based on the spatiotemporal spectrum of intensity of an optical wave scattered by a diffuse target in a turbulent atmosphere are presented. Computer simulations performed under conditions of weak optical turbulence show wind profiles reconstruction by the developed algorithm.

Estimation of the cross-wind speed from turbulent fluctuations of the image of a diffuse target illuminated by a laser beam

“…Будем считать, что приемный объектив и источник разнесены на некоторое расстояние в плоскости x = 0 (рис. 1), что, как показано в [10], позволяет пренебречь корреляцией неоднородностей оптического поля, порождаемых флуктуациями показателя преломления на прямом (от лазера до мишени) и обратном (от мишени до объектива) участках трассы.…”

“…В работах [3,4] было показано, что рассеянное назад излучение содержит достаточно информации для оценки скорости ветра. Корреляционноспектральный анализ флуктуаций интенсивности в изображении подсвеченного диффузного объекта, проведенный в [10], продемонстрировал принципиальную возможность селекции вкладов прямого и обратного участка трассы в пространственно-временной спектр интенсивности. Однако в экспериментах с помощью данной методики удавалось выделять только воздушные потоки, параметры которых (скорость ветра, структурная характеристика показателя преломления) имеют характер локальных возмущений, т.е.…”

Determination of atmospheric turbulent inhomogeneity wind drift from sequence of incoherent images

“…Remote wind speed measuring techniques developed are usually based on determination of parameters of a laser beam propagating through a considered region. The determination of the longitudinal component (along an observation line) of the wind speed is based on a drift of frequency parameters of the laser radiation when reflecting from wind-transported atmospheric aerosol particles in this case [1,2], while determination of the transverse component is based on variations in the turbulent distortions of spatial parameters of a beam propagating through the space region specified [3][4][5][6]. Passive (without laser beam propagation through an atmospheric region) methods for determining the wind speed are based on the correlation technique [7][8][9] and require a certain time for integration of signals received.…”

Определение Профиля Поперечной Скорости Ветра Из Пространственно-Временной Статистики Изображений Объектов, Подсвечиваемых Лазерным Излучением

“…Введение. Известные методы измерения поперечного ветра на основе оптического просвечивания и анализа турбулентных флуктуаций прошедшего излучения требуют либо разнесения приемника и передатчика на разные концы трассы (активные методы по флуктуациям интенсивности лазерного пучка [1,2]), либо наличия в поле зрения приемника удаленного объекта наблюдения с хорошо различимыми контрастными границами (пассивные методы по дрожанию изображений неподвижных объектов [3,4]). Оба варианта имеют свои недостатки, ограничивающие область их применения.…”