2021年7月25日，我司电子信息部研制的小型湍流模拟装置主体结构已搭建完成。并利用实时采集实验数据验证出该装置能够产生稳定、均匀的湍流。
图1 小型湍流池结构图
光束在大气中传播遇到大气湍流时，因湍流介质內部的非均匀性，使得光束发生不规则折射现象，产生光束漂移、光斑抖动、相位起伏和光束扩展等湍流效应，这种湍流效应会严重影响光束传播和成像质量。而野外试验既费时又费力，且重复性较差。
针对上述问题，电子信息部迫切需要设计一款能够产生稳定湍流的湍流模拟装置，目前，国内外对大气湍流模拟的方案多采用对流式湍流模拟装置，因为它具备惯性区宽、均匀性好、易操控等优点。其基本原理为：依靠湍流池上下表面温度变化引起湍流池内空气随机运动，从而形成大气湍流。主要理论公式如下：
研发人员基于Kolmogorov的局地均匀各向同性湍流理论设计了一款受迫对流式湍流模拟装置，实验布局如图2，其主要工作方式是实时控制湍流池上下极板温度差产生稳定的湍流。
图2 实验布局图
在实验中，将波长为662nm的可见光由平行光管穿过湍流池进入采集相机，再利用质心算法计算出采集的光斑图像的到达角起伏方差，最后采用到达角起伏方差法计算得到湍流强度，光斑图像如图3。根据实验数据，当温度精度控制为1℃时，湍流装置上下极板温度差控制为3℃~255℃，可满足湍流强度（以大气相干长度衡量）范围为0.303~71.9cm，和理论公式拟合数据基本吻合。
图3 激光通过湍流装置后的光斑动图
图4 实验湍流实测数据与理论公式对比图
下一步，电子信息部将完善湍流模拟装置，优化控制算法，保证湍流模拟装置满足湍流均匀性更强、覆盖范围更广和实时可控等优点。
作者：李成平
2021年8月13日
