Open dataset for benchmarking scaling laws of high-energy laser atmospheric propagation

该数据集由武汉理工大学团队构建，旨在为高能激光大气传播的标度律研究提供标准化基准。包含226,500组耦合湍流与热晕效应的波光学模拟案例，覆盖目标速度、发射几何、孔径直径等8类参数空间，数据以案例索引主表与长曝光辐照度阵列形式存储于Zenodo平台。数据集通过分步波光学传播模型生成，经湍流谱和热晕傅里叶域算法验证，支持标度律校准、代理模型训练及传播敏感性分析，可促进高能激光系统快速预测方法的开发与比较研究。

This dataset was constructed by the team from Wuhan University of Technology to provide a standardized benchmark for research on the scaling laws of high-energy laser atmospheric propagation. It contains 226,500 wave-optical simulation cases of coupled turbulence and thermal blooming effects, covering 8 parameter dimensions including target velocity, emission geometry, aperture diameter, and others. The data is stored on the Zenodo platform in the form of a case index master table and long-exposure irradiance arrays. Generated through a step-by-step wave-optical propagation model, the dataset has been validated using turbulence spectrum and thermal blooming Fourier-domain algorithms. It supports scaling law calibration, surrogate model training, and propagation sensitivity analysis, and can facilitate the development and comparative research of rapid prediction methods for high-energy laser systems.

搜集汇总

数据集介绍

构建方式

在高能激光大气传输研究领域，构建可靠的基准数据集对于标度律的校准与验证至关重要。该数据集通过分步波光学仿真框架生成，结合了湍流与热晕效应的耦合建模，覆盖了目标速度、发射几何、孔径直径、能见度、气溶胶模型、光束质量、湍流强度及激光功率等多个关键参数维度。仿真采用经过验证的湍流谱模型与热晕傅里叶域求解方法，确保了物理过程的准确性。数据生成过程中，通过条件性参数组合设计避免了冗余，最终形成了包含226,500个案例的仿真语料库，并以案例索引表与外部辐照度阵列分离存储的结构进行组织，支持高效查询与字段级访问。

使用方法

使用该数据集时，研究者通常从案例级主表入手，依据几何、湍流强度、能见度或气溶胶模型等参数筛选感兴趣的子集。主表中的稳定案例标识符与链接字段允许用户精确检索对应的长曝光辐照度阵列，从而分离元数据与高维场数据的工作流程。这种结构特别适用于定义插值与外推基准协议，例如通过随机保留部分案例评估代理模型的拟合能力，或完全排除某一湍流强度区间以测试模型的泛化性能。数据集支持从标量回归到图像式代理模型训练等多种应用，且通过公开的案例标识符列表可实现基准的严格复现，促进了研究结果的可比性与透明度。

背景与挑战

背景概述

高能激光大气传输领域长期依赖高保真波动光学仿真来研究衍射、湍流、衰减与热晕等复杂物理效应的耦合作用。然而，该领域缺乏公开、标准化的仿真数据集，导致标度律等快速代理模型的校准与比较难以在统一基准上进行。为此，武汉理工大学的夏旭升与夏志林团队于2026年构建并发布了首个面向高能激光大气传输标度律基准测试的公开仿真数据集。该数据集包含226,500个仿真案例，覆盖目标速度、发射几何、孔径直径、能见度、气溶胶模型、光束质量、湍流强度及激光功率等多个关键参数，旨在为标度律拟合、代理模型训练、敏感性分析和逆向研究提供共同验证基础，从而推动激光传输预测模型的标准化与可重复性研究。

当前挑战

该数据集致力于解决高能激光大气传输领域中快速预测模型开发与验证的挑战。具体而言，标度律等代理模型虽能大幅提升计算效率，但其性能高度依赖于大规模、高保真的参考仿真数据。以往研究多使用私有仿真结果，导致模型比较与复现困难，阻碍了领域内方法的公平评估与协同进展。在构建过程中，研究团队面临参数空间设计的复杂性挑战，需在物理合理性与计算可行性间取得平衡，避免生成冗余或信息量低的案例。同时，数据组织需兼顾高效查询与底层场输出的可访问性，通过案例索引主表与外部辐照度阵列的分离存储，确保数据集既能支持统计分析与模型训练，又能保持原始仿真数据的完整性与可解释性。

常用场景

经典使用场景

在高能激光大气传播研究中，标度律作为快速替代模型日益受到重视，但其校准与验证长期依赖私有仿真数据，导致可复现性与公平比较面临挑战。该数据集通过提供涵盖湍流与热晕耦合效应的公开仿真数据，为标度律的拟合与基准测试建立了统一平台。研究人员可基于其结构化参数空间，系统评估不同标度律模型在动态目标、多大气条件下的预测精度，从而推动传播物理的量化建模进程。

解决学术问题

该数据集有效解决了高能激光传播领域缺乏标准化基准数据的核心问题。传统研究常因仿真数据私有化，导致标度律拟合结果难以复现，模型间比较缺乏客观依据。通过公开226,500个涵盖目标速度、发射几何、湍流强度等多维参数的仿真案例，该数据集支持敏感性分析、替代模型训练及外推性能评估，为传播效应的机理研究与模型泛化能力提供了可靠的数据基础。

实际应用

在实际工程领域，高能激光系统的大气传播效能评估依赖于快速而准确的预测模型。该数据集通过提供耦合湍流与热晕的长期曝光辐照度分布，可直接用于激光系统设计中的参数优化与场景适应性分析。例如，在动态目标跟踪或大气补偿技术开发中，工程师可基于数据集训练轻量级代理模型，实时预测光束畸变与能量衰减，从而提升系统在复杂环境下的鲁棒性与决策效率。

数据集最近研究

最新研究方向

在激光大气传输领域，高能激光系统性能的快速预测模型开发正成为前沿热点。该数据集通过提供耦合湍流与热晕效应的大规模波光学仿真数据，为标度律校准与验证建立了标准化基准。当前研究聚焦于利用该数据集训练轻量化代理模型，以替代计算密集的数值仿真，实现不同大气条件下光束传输行为的快速评估。同时，数据集支持敏感性分析与外推研究，有助于揭示传输过程中关键参数的物理影响机制，推动自适应光学与激光系统设计的优化进程。

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  武汉理工大学·物理与力学学院; 武汉理工大学·材料科学与工程学院 · 2026年