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閃爍
科技名詞
閃爍亦稱為閃光即顫光感覺。在刺激光的強弱位相交替變化的情況下,當其頻率低時,人們產生一閃一閃的感覺,但如果頻率繼續增加,則兩種感覺(明暗)互相融合,產生一種恆定的平均亮度感。
產生這種感覺的臨界頻率稱為臨界融合頻率或頻度(Criti-cal fusion frequeney,CFF)。如刺激光強增加,則CFF增大(Ferry-Porter定律)。另外,如果融合時呈現的亮度是t1秒的輝度K1和其後的t2秒的輝度L2的交替,此亮度則相當於輝度為L的恆常光,這裡的L是由下式給出的:見圖(Talbot-Platean定律)。
從視網膜電圖和單根神經纖維的峰電位等實驗來看,閃光融合同樣是一種視網膜現象。影響CFF的因素很多,除明暗適應狀態、網膜上刺激面積,光的波長、刺激波形、單眼視和雙眼視之外,還有藥物作用、疾患等等。其中疲勞造成的降低尤為顯著,故CFF可作為一種疲勞的檢查法。
無線電波穿過大氣層傳播時,由較小尺度的介質不規則性引起的電波振幅與相位快速隨機起伏現象。閃爍原指可見光的忽明忽暗和光源視在位置的不規則抖動,如穿過地球大氣層傳播的星光閃忽不定。由於無線電波與光波只是在電磁波譜中的頻域不同,閃爍一詞也被沿用於無線電波。1946年,英國天文學家C. M. Lewes在研究米波段宇宙射電雜訊時最先發現電離層閃爍現象。70年代初,又發現了衛星通信常用的吉赫電波也有強烈的閃爍現象。
超短波和微波穿過對流層湍流和電離層電子密度不規則結構傳播時,好像透過一個折射率隨位置和時間隨機分佈的薄屏。它使波前受到隨機調製,即發生相位起伏;電波離開薄屏繼續傳播時,畸變的波前引起衍射,到達較遠的面上時電波振幅的空間分佈呈菲涅耳衍射圖樣,並隨時間無規則起伏。這是較弱不規則性引起閃爍過程的簡化物理圖像。電離層不規則結構中非常陡的電子密度梯度有可能引起折射散射,從而使超高頻電波發生強烈閃爍。
吉赫電波閃爍會引起衛星通信和導航信號深度衰落與畸變,造成通信障礙和誤碼。閃爍特性的研究可為改進通信系統的設計提供有用信息。利用閃爍效應,還可以研究大氣湍流和電離層不規則性的結構及其形成、發展的地球物理過程。
研究閃爍的實驗手段,主要是在地面上對衛星信標信號進行無線電遙測。閃爍信號的特徵用閃爍指數和功率譜等統計學量描述。閃爍指數表徵閃爍的強度,用接收信號功率的方差量度。對流層主要引起10吉赫以上微波閃爍。其強度隨電波頻率的升高而增大;電離層主要引起高頻至超高頻電波閃爍,閃爍強度隨頻率的升高而依冪律下降。閃爍指數還與傳播路徑仰角和接收天線口徑有關。電離層閃爍的強度在夜間磁赤道附近最高,其次是南北極光帶和極區。功率譜描述閃爍信號隨空間起伏的波長特徵或隨時間起伏的周期特徵。其中空間-波數譜用 Φ( K)表示,波數 K可表徵不規則性的尺度,其變化範圍(譜域)相當於空間波長由幾厘米至幾百米(對流層)或由幾米至幾十公里(電離層)。對於電離層以遠的地-空超短波和微波傳播, Φ( K)是引起閃爍的湍流與電離層不規則性的折射率起伏譜(實驗證明它們都具有冪律形式)被菲涅耳濾波函數加權的結果。若 L是地面觀測點至不規則結構的距離, λ是電波波長,那麼,地面上振幅閃爍譜集中在處
公式
即尺度為
公式