基于时域特性的远场激光制导信号能量仿真方法分析

结合激光大气传输的理论和激光野外测试,提出了基于等效测度的远场激光光斑能量/功率的能量特性模型测试和建立方法,并进行了相关仿真模块、模型设计.分析了影响远场激光信号能量的仿真计算的主要因素:激光光束的远场传输变换模型、大气传输影响模型(大气散射效应模型、大气能量吸收效应模型、大气湍流影响模型)、目标漫反射模型以及光斑抖动和背景能量仿真模型等,结合典型的运行过程给出了部分建模与仿真评估结果.最后,对影响远场激光制导信号能量仿真的影响因素进行了分析.     

利用液晶空间光调制实现激光大气湍流效应动态仿真

针对工程应用中激光大气传输的特点和要求,分 析大气湍流对激光传输影响的规律和大 气湍流动态效应半实物仿真方法,提出一种多层大气相位屏数值模拟结合液晶空间光调制器 (SLM) 进行波前逆变换的激光大气湍流动态半实物仿真的技术途径。将多层大气相位屏的随机生成 的 相位数据序列经过计算机处理后注入光路中的液晶SLM,激光经过空间光调制后, 远场得到激光光斑的随机相位和强度起伏分布。讨论了远场激光大气湍流效应环境模拟装置 的 基本理论方法、实验依据并进行了初步分析。利用该装置模拟可产生不同类型湍流,并进行 湍 流效应对远场光斑影响的验证实验。本文方法具有实时性好、动态控制、扩展性强和可介入 半实 物仿真系统的特点,是激光大气传输建模与实现半实物仿真的技术途径之一。     

近地双基地激光雷达探测距离预测

获得了双基地激光雷达方程,并利用该方程预测双基地激光雷达的探测距离.根据双基地雷达原理,应用理论分析的方法推导双基地激光雷达方程;应用数值分析的方法预测系统的探测距离.得到了双基地激光雷达方程,及考虑激光的近地斜程大气传输时系统探测距离与接收功率、能见度的关系;最后得到系统的接收功率等值线.激光的斜程近地大气传输衰减对双基地激光雷达探测距离的影响很大.     

环形光束大气传输数值模拟与分析

为了研究大气湍流对环形光束激光工程应用的影响,采用多相位屏数值模拟的方法对环形光束在大气湍流中的传输进行了仿真模拟。通过改变大气湍流强度、传输距离等参数,定量计算了不同传输条件下质心漂移均方根、远场目标的焦平面平均功率密度,给出环形光束传输路径上特征距离解析式并分析了大气湍流对环形光束远场平均光强分布的影响。结果表明,环形光束在大气湍流中传输时光斑质心漂移随湍流效应（湍流强度或传播距离）增强而增大,远场光束质量随遮拦比增大而降低。遮拦比小于0.5时,大气湍流对光束质量的影响较为明显。环形光束大气传输数值模拟方法,可为高能激光武器等激光工程应用的理论分析和效能评估提供依据。     

聚焦光束热晕效应相位补偿定标规律研究

非线性热晕效应对高能激光大气传输有重要的影响,一个可以用来预测和评价高能激光在不同传输条件下自适应光学系统补偿效果的定标规律对实际的工程应用有重要的意义。利用激光大气传输四维仿真程序,通过仿真不同空间带宽的自适应光学系统,在均匀路径下,对不同发射口径、不同传输距离聚焦光束稳态热晕的相位补偿进行了数值计算。结果表明,自适应光学系统空间带宽对聚焦光束热晕效应的相位补偿影响差别不大,使用广义畸变参数N可以较好地定标其相位补偿效果。     

1.06μm激光的大气传输仿真研究

为了研究激光的大气传输特性,基于激光大气传输的一般模型,建立了激光传播到某一距离的功率衰减公式。采用定性定量的方法,利用MATLAB软件对模型进行仿真计算,分析了1.06μm激光大气传输的大气透过率以及到靶功率。结果表明,该模型对激光干扰空间探测器、清除微小碎片等提供了可靠的理论依据。这对于深入研究激光的大气衰减特性有一定参考价值。     

APD对湍流大气中激光的双重随机探测过程

为了研究雪崩光电二极管(APD)对大气传输后的激光进行探测时, 所受大气湍流效应及APD噪声的影响, 分析了激光在湍流大气中传输、APD对激光探测两个过程, 结合APD的探测原理, 建立了指数威布尔-高斯双重随机过程模型。通过实验测量了不同信噪比、不同大气湍流下APD输出电流的概率密度, 对探测距离不同、接收口径不同的情况进行了仿真。结果表明, 接收信噪比为2, 5, 10时, 光强分布方差分别为0.5354, 0.3565, 0.2781, 偏移量分别为0.05, 0.0109, 0.0029;大气折射率结构常数为2.5×10-15, 3×10-14, 4.9×10-14时, 方差分别为0.1198, 0.2781, 0.4035, 偏移量分别为0.0002, 0.0029, 0.0039;双重随机过程模型可准确描述经过大气传输的激光被APD探测的过程; 探测器口径的变化对APD输出电流的概率密度影响不大, 而接收信噪比、探测距离、大气折射率结构常数的增大会使APD输出电流平均值较信号电流产生较大偏移、且离散程度加剧。该模型的建立对激光探测技术研究具有一定的参考价值。     

高能激光大气传输性能评估技术

激光在实际大气中的传输效果不仅与其自身传输机理有关,还与大气因素密切相关,因此,准确评估激光大气传输的效果,不仅需要开展激光传输机理的研究,建立激光大气传输数理模型,还需要对实际传输过程中的大气光学特性进行测量、分析和预测。鉴于实际大气环境的复杂性及多因素耦合的制约,激光大气传输的机理研究大都采用大气参数可控的物理实验平台和数值仿真软件平台进行研究,而大气光学特性的研究则在大量实地测量分析的基础上,重点发展基于物理相关性分析和数学模型构建的光学湍流模式化表征研究。简要介绍了国内外高能激光大气传输性能评估技术的发展情况,面向高能激光系统未来的实际应用,指出了其发展趋势。     

无人机全光中继系统误码率性能分析北大核心CSCD

研究了大气湍流信道下无人机全光中继(optical amplify-and-forward,OAF)激光通信的误码率性能。为了减小大气湍流的影响,改善系统的误码率性能,同时实现较远距离的数据下传,本文基于掺饵光纤放大器(Erbium Droped Fiber Amplifier,EDFA)和光学硬限制器(optical hard-limiter,OHL)结合的无人机平台,同时采用高空水平传输和单输入多输出(single input multiple output,SIMO)技术斜程传输的两跳中继模式。在基于正态分布和双伽马(Gamma-Gamma)湍流模型下,分析了指向误差、中继距离、天顶角、束散角及平台高度等对误码率性能的影响。仿真结果表明,无人机OAF系统可以有效改善较远距离通信的数据下传误码率性能;当发射功率P_(t)=19 dBm,阈值功率P_(th)=-31 dBm,N=3时,最优发散角为0.8~1.2 mrad,天顶角控制在45°内时,可以在6 km的中继系统中得到10^(-6)系统误码率性能。     

利用双Gamma大气闪烁模型分析激光告警探测概率

针对激光告警系统属于小孔径、远距离弱信号和高探测概率探测的特点,分析和研究了大气湍流造成的激光信号的闪烁影响模型,探讨了大气闪烁效应对激光告警探测概率的影响规律.结合激光告警探测器的信号探测原理和探测器噪声分析,基于Andrews双随机起伏调制理论推导了适用于中、强大气闪烁双Gamma模型的激光信号大气传输和信号探测理论模型.根据仿真计算和结果分析指出,激光告警系统的探测概率不但是与探测器功率信噪比、探测器噪声、环境背景噪声和系统功率阈值等因素密切相关的综合函数,而且大气路径的闪烁效应也对激光告警系统的探测概率有明显影响.     

基于深度卷积神经网络的大气湍流强度估算

提出了一种基于深度卷积神经网络估算大气湍流折射率结构常数C_n²的方法。将湍流影响下的高斯光束光斑图像作为神经网络的输入,利用深度卷积神经网络提取图像的特征信息,得到C_n²大小,并采用平均绝对误差、平均相对误差、均方根方差和相关系数四个统计量来衡量模型的估算效果。结果表明,该模型能够根据湍流影响下的高斯光束光斑图像对C_n²进行估算,当迭代500次时,相关系数为99.84%,各项误差均在2%左右。该模型在大气湍流特性分析及大气湍流强度估算等领域有一定应用价值。     

大气湍流对远红外激光主动探测影响的试验

远红外激光主动探测设备利用"猫眼"效应原理,能够快速、准确地发现红外热像仪,输出带有热像仪参数的信息.大气湍流是影响主动探测回波率的重要因素.在某沙漠地区的试验结果表明:日出、日落前后大气湍流的强度最小,对主动探测回波率的影响也最小.而中午前后、午夜前后湍流强度则相对较大,大气湍流对回波率的影响也较大.通过将试验结果和美国白沙试验基地(沙漠)一天内湍流变化数据进行对照,可以得出:上述现象是沙漠地区的普遍现象.总结出了大气湍流对激光主动探测影响的规律,为远红外激光主动探测设备能力评估提供了重要依据.     

Resonantly enhanced 26 GHz parametric upconversion of CO2laser in NH3

Resonantly enhanced three-wave mixing of the 10.784 μmR(18) line of the C¹³O2¹⁶laser and microwave radiation at 26.378 GHz in Stark tunable N¹⁴H3has resulted in upconverted parametric output at 10.774 μm. The energy levels of N¹⁴H3involved in the interaction and the apparatus used in the experiment are described. Experimental results showing saturation of the parametric signal with increasing N¹⁴H3pressure, input microwave power, and input laser power are described.     

Evaluation of the quantization error in denominator-separable 2-Drecursive filters

The evaluation of the quantization error in two-dimensional (2-D) digital filters involves the computation of the infinite square sum J=Σ^∞_m=φΣ ^∞_n=φy² (m, n). A simple method is presented for evaluating J based on partial fraction expansion and using the residue method provided the Z-transform Y(Z₁, Z₂) of the sequence y(m, n) having quadrant support is a causal bounded input, bounded output (BIBO) stable denominator-separable rational function. The value of J is expressed as a sum of simple integrals which can easily be evaluated. The simple integrals are tabulated for ready reference. The proposed method is suitable for analytical as well as numerical computation and can easily be programmed     

大气湍流对激光空间传输特性影响的实验研究

为了研究大气湍流对不同波长激光传输特性的影响, 利用MATLAB对其进行了仿真, 设计湍流模拟箱进行实验, 将仿真和实验结果对比进行了理论分析和实验验证。对激光波前光强分布进行了观察与记录, 并对不同波长激光束在相同大气条件下的光束漂移和光强起伏做了测量与分析; 就大气湍流对线偏振光的偏振态影响进行了实验观测。结果表明, 随着大气湍流的增强, 激光波前光强分布容易受到明显的影响; 激光束的光强起伏随着波长的增大而减小, 其方差最高到达2.79×10-2, 而光束漂移则与波长无关, 方差最高到达9.11×10-12; 线偏振光受到湍流效应的影响, 其光强产生随机变化, 且随着湍流强度的提高, 变化程度更剧烈。实验测试数据结果与大气湍流理论相符合, 这对激光大气传输的研究具有一定的参考价值。     

大气湍流对激光传输的影响

为了研究大气湍流对激光传输的影响,以大气湍流的激光传输效应为基础,建立了激光到达接收面的光强分布模型.模型考虑了折射率结构常数、传输距离、发射面和接收面孔径以及湍流引起的光束展宽等参数,分析这些参数对接收面光强分布的影响,以此研究大气湍流对激光传输的影响,并提出降低湍流影响采取的措施.     

Effect of clear atmospheric turbulence on quality of free space optical communications in Yemen

Free space optical (FSO) communication is one of the most recently developed modes of wireless communication.FSO is a technique used to convey data carried by a laser beam through the atmosphere.While FSO offers a broadband service,it requires a line of sight communication between the transmitter and receiver.The atmosphere has effects on the laser beam passing through it.For instance,the quality of data received is affected by the scattering and atmospheric turbulence.The atmospheric turbulence is caused by both temporary and special random fluctuations of the refractive index along the optical propagation path.Clear air turbulence impairs the performance of the FSO due to the fluctuation in the intensity of the laser beam.By referring to the two criteria,namely bit error rate (BER) and signal to noise ratio (SNR),this work includes analysis of the effect of atmospheric turbulence on FSO systems in Yemen by using an appropriate model.     

Plasma chemistry of the closed-cycle 1 kHz transversely excitedatmospheric CO2 laser with an efficient catalytic CO2 regenerator

A high-power closed-cycle 1 kHz transversely excited atmospheric (TEA) CO₂ laser with an efficient catalytic CO₂ regenerator was used to investigate the variations of the average laser output power and the concentrations of the CO₂, CO, and O₂ molecules in the laser gas mixture with the operational performance of the CO₂ regenerator. It was experimentally shown that for the laser gas mixture of CO₂-N₂-He=15-15-70% and the output coupler reflectivity of 70%, η of 0.1 was required to maintain the laser output power greater than 90% of the initial laser output power of 570 W at an input energy density and a clearing ratio of 150 J/L and 3.0, respectively     

阵列合成激光束在湍流大气中传输的研究进展

多路激光束合成是获得高功率和高能量激光输出的有效途径,因此,多年来光束合成方法和技术得到了广泛的关注和深入研究。近年来,随着空间光通信和激光传播工程等应用需求的发展,合成光束在湍流大气中的传播过程及其规律研究也逐渐成为光传播研究领域的热点问题。针对多种典型激光阵列合成光束,首先对比分析了广义Huygens-Fresnel原理、Rytov微扰近似以及随机相位屏数值模拟等方法在激光阵列合成光束大气传输研究中的应用;其次,阐述了合成光束传播应用研究中的桶中功率、衍射极限倍数 、 因子、光束传输因子等光束质量评价因子的评价作用;最后,根据阵列合成激光束的研究现状和成果,提出了应进一步深入研究的问题。