(46-2) 09 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Определение скорости поперечного ветра по турбулентным флуктуациям изображения подсвеченной лазерным пучком диффузной мишени
Д.А. Маракасов 1, А.Л. Афанасьев 1, В.А. Банах 1, А.П. Ростов 1, В.В. Кусков 1

1 Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН,
634055, Россия, г. Томск, площадь Академика Зуева, 1

 PDF, 998 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1025

Страницы: 232-238.

Аннотация:
В статье представлен оптический метод оценки поперечного ветра, основанный на анализе турбулентных искажений изображения подсвеченной лазерным пучком диффузной мишени. Предложенный корреляционный алгоритм обработки видеоизображений позволяет в режиме реального времени делать оценку скорости поперечного ветра с использованием одного приемного объектива при подсветке мишени в видимом либо инфракрасном диапазоне. Проведена экспериментальная проверка метода на атмосферной трассе. Оптические оценки интегрального ветра сопоставлены с данными независимых локальных измерений шести ультразвуковых анемометров, расположенных вдоль трассы.

Ключевые слова:
оптические технологии дистанционного зондирования, скорость ветра, турбулентность, обработка изображений.

Благодарности
Работа выполнена по госзаданию ИОА СО РАН при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в части организации и проведения экспериментальных работ и частичной финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и Администрации Томской области (проект № 18-42-700005 р_а) в части выполнения аналитических и численных расчетов и анализа результатов.

Цитирование:
Маракасов, Д.А. Определение скорости поперечного ветра по турбулентным флуктуациям изображения подсвеченной лазерным пучком диффузной мишени / Д.А. Маракасов, А.Л. Афанасьев, В.А. Банах, А.П. Ростов, В.В. Кусков // Компьютерная оптика. – 2022. – Т. 46, № 2. – С. 232-238. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1025.

Citation:
Marakasov DA, Afanasiev AL, Banakh VA, Rostov AP, Kuskov VV. Crosswind speed estimation from turbulent fluctuations of laser beam illuminated diffuse target image. Computer Optics 2022; 46(2): 232-238. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1025.

References:
  1. Porat O, Shapira J. Crosswind sensing from optical-turbulence-induced fluctuations measured by a video camera. Appl Opt 2010; 49(28): 5236-5244. DOI: 10.1364/AO.49.005236.
  2. Afanasiev AL, Banakh VA, Rostov AP. Estimation of the integral wind velocity and turbulence in the atmosphere from distortions of optical images of naturally illuminated objects. Atmos Ocean Opt 2016; 29(5): 422-430. DOI: 10.1134/S102485601605002X.
  3. Clifford SF, Ochs GR, Wang T-I. Optical wind sensing by observing the scintillations of a random scene. Appl Opt 1975; 14(12): 2844-2850. DOI: 10.1364/AO.14.002844.
  4. Walters DL. Passive remote crosswind sensor. Appl Opt 1977; 16(10): 2625-2626. DOI: 10.1364/AO.16.002625.
  5. Dudorov VV, Eremina AS. Retrieval of crosswind velocity based on the analysis of remote object images: Part 2 – Drift of turbulent volume. Atmospheric Ocean Opt 2017; 30(6): 596-603. DOI: 10.1134/S1024856017060069.
  6. Afanas'ev AL, Dudorov VV, Mikhailov YuT, Nasonova AS, Rostov AP, Shestakov ShO. Retrieval of crosswind velocity based on the analysis of remote object images: Part 3 – Experimental test. Atmospheric Ocean Opt 2020; 33(6): 690-695. DOI: 10.1134/S1024856020060020.
  7. Antoshkin LV, Lavrinov VV, Lavrinova LN, Lukin VP. Differential method for wavefront sensor measurements of turbulence parameters and wind velocity. Atmospheric Ocean Opt 2008; 21(01): 64-68.
  8. Antoshkin LV, Lavrinov VV, Lavrinova LN, Lukin VP. Measurement of crossing wind transfer of atmospheric turbulence by Shack-Hartmann sensor. Mining informational and analytical bulletin (scientific and technical journal) 2009; 17(12): 129-133.
  9. Avila R, Valdes-Hernandez O, Sanchez LJ, Cruz-Gonzalez I, Aviles JL, Tapia-Rodríguez JJ, Zuniga CA Simultaneous generalized and low-layer SCIDAR turbulence profiles at San Pedro Martir observatory. Mon Notices Royal Astron Soc 2019; 490(1): 1397-1405. DOI: 10.1093/mnras/stz2672.
  10. Banakh VA, Marakasov DA, Vorontsov MA. Cross-wind profiling based on the scattered wave scintillations in a telescope focus. Appl Opt 2007; 46(33): 8104-8117. DOI: 10.1364/AO.46.008104.
  11. Banakh VA, Marakasov DA. Reconstruction of the wind velocity profile by the intensity fluctuations of a scattered wave in a receiving telescope. Quantum Electron 2008; 38(9): 889-894. DOI: 10.1070/QE2008v038n09ABEH013706.
  12. Tatarskii VI. The effects of the turbulent atmosphere on wave propagation. Jerusalem: Israel Program for Scientific Translations; 1971.
  13. Abramovitz M, Stigun IA, eds. Handbook of mathematical functions with fomulas, graphs and mathematical tables: reference book. Wasington DC: National Bureau of Standards; 1964.
  14. Coles WA, Filice JP, Frehlich RG, Yadlowsky M. Simulation of wave propagation in three-dimensional random media. Appl Opt 1995; 34(12): 2089-2101. DOI: 10.1364/AO.34.002089.
  15. Fleck JA Jr, Morris JR, Feit MD. Time-dependent propagation of high energy laser beams through the atmosphere. Appl Phys 1976; 10(2): 129-160. DOI: 10.1007/BF00882638.
  16. Martin JM, Flatte SM. Intensity images and statistics from numerical simulation of wave propagation in 3-D random media. Appl Opt 1988; 27(11): 2111-2126. DOI: 10.1364/AO.27.002111.
  17. Kandidov VP. Monte Carlo method in nonlinear statistical optics. Physics-Uspekhi 1996; 39(12): 1243-1272. DOI: 10.1070/pu1996v039n12abeh000185.
  18. Banakh VA, Falits AV. Turbulent statistics of laser beam intensity on ground-to-satellite optical link. Proc SPIE 2001; 4678: 132-143. DOI: 10.1117/12.458432.
  19. Banakh VA. Image simulation of a laser-illuminated scattering layer in turbulent atmosphere. Atmospheric Ocean Opt 2007; 20(04): 271-274.

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: journal@computeroptics.ru; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20