大气湍流对激光传输的影响

本文讨论了在高楼顶与校园后山头间1500m距离上,大气湍流对激光束传输的影响。给出了测得的Cn值范围,激光束传输曲率和激光束聚焦光斑直径等,它们与理论结果基本一致。     

湍流大气激光传输数值模拟

介绍了大气湍流的统计特性、基本模型.利用SVS-Fortran的Ran(I)产生的随机数序列作为随机变量,客观地描述实际大气湍流的随机过程,经快速傅里叶变换和滤波建立了替代水平湍流大气的等效模型,并根据大气折射率功率密度谱的卡尔曼谱模型,采用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分算法,通过快速傅里叶变换(FFT)和逆变换(IFFT)实现激光的湍流大气传输过程的模拟.结果表明,随机相位屏产生的附加相位反映了大气结构参数的性能,验证了模型的正确性.     

激光大气传输湍流与热晕综合效应

讨论了激光大气传输时的湍流与热晕综合效应问题.提出了根据湍流效应对热晕经验公式进行修正的处理方法,其物理基础是在湍流效应较明显的情况下,由相干距离决定的湍流Fresnel衍射参数远小于由发射口径决定的Fresnel衍射参数时,小尺度热晕的影响超过整束热晕占主导地位.将修正的经验公式与基于数值计算的定标公式相比较,结果令人满意.     

激光大气传输湍流效应的仿真研究

激光大气传输中的湍流效应对光电对抗装备的效能发挥影响很大,为了研究这一问题,利用CLAP软件,以远红外激光为例,模拟了不同湍流传输条件下激光的大气传输。通过对传输结果的分析,发现激光接收光强的概率密度分布基本符合正态分布,并给出了置信区间;改变接收口径的大小,通过对仿真结果的统计分析,发现激光接收光强与接收尺寸呈指数递减的关系;改变传输距离仿真并分析数据,得出激光接收光强与传输距离也成指数递减的关系。为相关装备的研发与评估提供了一定的依据。     

LC-SLM激光大气传输湍流模拟及通信实验分析

采用功率谱反演法与叠加低频谐波方式数值模拟静态湍流相位屏,并根据湍流冻结理论仿真了动态湍流相位屏。采用液晶空间光调制器(LC-SLM)在实验室内搭建了大气湍流信道仿真平台,进行了Kolmogorov湍流模型下,不同湍流强度的激光大气传输模拟研究,对比分析了实验结果,与理论较为符合。同时实验研究了不同模拟湍流强度下激光通信误码率的响应关系,这对实验室内评估实际激光通信系统的性能具有重要应用价值。     

大气湍流对激光通信系统误码率影响的研究

基于Kolmogorov和Rytov的大气湍流理论模型,考虑到大气湍流引起的强度闪烁对激光通信系统性能的影响,得到了用于描述强、弱湍流条件下误码率的理论模型,数值模拟了湍流强弱和激光波长对通信系统误码率的影响.结果表明:中强湍流区对信噪比的影响明显大于弱湍流区,随着传输距离的增加,系统的误码率迅速增大并最终趋于饱和;当...     

大气湍流信道中激光通信群延迟特性研究

选用数学模型模拟了激光大气通信系统中大气湍流信道的群延迟特性,并进行了数值计算,结果表明:大气湍流信道带来的群延迟失真很小,在激光大气通信中可以不予考虑。     

发散角对激光湍流大气传输能量密度的影响

实验发现,发散角为0.5mrad的激光传输10km的激光能量密度量级的估算可不考虑湍流的影响.仿真了不同发散角下的激光能量密度,发现中等湍流强度(C2n:=10-14 m-2/3)下,发散角为mrad量级的激光能量密度量级的估算可不考虑大气湍流的影响,湍流的存在仅改变激光光强分布.发散角为μrad量级的激光能量密度的估.算必须考虑大气湍流的影响,湍流的存在既改变激光光强分布,也对平均能量密度产生较大影响.考虑湍流时激光能量密度的估算可用84%环围能量密度近似.     

激光大气湍流模拟装置的研究与进展

从Kol mogor ov大气湍流理论入手,对比了Kol mogor ov模型、Tat ar s ki i模型及其它模型的异同。介绍了国内外不同湍流模拟装置的研究与进展,分析了不同模拟装置的优缺点,最后对液晶湍流模拟器的发展做了总结和展望。     

湍流大气中动态激光散斑的数值模拟

首先在分步傅里叶算法中引入了时变相位屏,模拟了真空中漫射平面激光回波动态散斑场,统计计算了真空散斑场的空间和时间相关函数,分析了目标运动速度和发射波束半径对散斑相关特性的影响.然后根据冻结场理论,模拟了湍流大气中激光波束照射漫射面的回波动态散斑场,分析了风速对散斑特性的影响.结果表明,相关长度由目标上的光斑尺寸决定,光斑越大,接收面上的散斑越小.而相关时间不仅受目标平面上的光斑尺寸影响,还受目标平面上的光场相位影响,光场相位随着位置的变化越快,相关时间就越短.     

激光在动态大气湍流中的传播特性研究

激光束在大气中传播的过程中会受到大气湍流的影响,导致光斑发生畸变,影响光束质量,并且在真实情况下湍流是随着时间变化的。本文针对这一问题,基于傅里叶变换的谱反演法建立了湍流相位屏模型,并根据湍流冻结法获得动态相位屏,开展了激光在不同强度的动态大气湍流中传输的仿真研究。仿真结果表明:对于相同的激光束,在相同时间内的光斑畸变随着大气湍流强度的增加而增加,并且接收到的功率密度整体上减小,起伏增加。     

基于瑞利激光导星的大气湍流廓线测量仪设计

对基于瑞利激光导星的大气湍流廓线测量系统进行了研究,系统利用脉冲激光在测量区域大气层内不同高度形成信标星,以此测量地面至信标星之间的大气湍流信息。本文在分析瑞利激光导星湍流廓线测试的原理和系统组成基础上,对系统关键参数进行了优化选取,并设计了激光发射系统和差分像移接收系统,最后对系统性能进行评估。结果表明:系统可对地面高度0.2~10 km范围内的大气进行湍流廓线测量,该技术在地基天文观测、星地激光通信、地基激光武器领域具有重要的应用价值。     

非Kolmogorov大气湍流随机相位屏模拟

介绍了功率谱法、Zernike多项式法、分形法模拟生成非Kolmogorov湍流相位屏的过程,并利用这三种方法对符合非Kolmogorov统计特征的大气湍流相位屏进行了模拟。将不同方法得到的相位屏的相位结构函数与理论结构函数进行对比,分析了三种相位屏模拟方法的准确性和模拟速度。结果表明:添加次谐波和增加Zernike多项式阶数分别可以弥补功率谱法和Zernike多项式法生成的相位屏低频和高频不足的缺点,但导致模拟效率下降;分形法生成的湍流相位屏高频和低频都较为充足,且模拟效率较高;随着非Kolmogorov湍流谱幂率的增加,功率谱法所需要的次谐波级数增加,Zernike多项式法所需要的Zernike多项式的阶数减少,分形法生成的相位屏的精度更高。     

一种基于随机森林的激光大气传输效应评估方法北大核心CSCD

针对现有的激光大气传输效应评估方法(定标律评估和波动光学仿真评估)较难有良好的模型正则性和应用普适性的困难,提出一种基于随机森林的激光大气传输效应评估方法。该方法首先以烟台某地大气环境数据(温度、风速、湍流强度(C^(2)_(n))等)的随机采样和激光发射参数(传输距离、激光功率等)作为输入数据和多层相位屏模型仿真生成的环围功率(PIB)作为输出数据,然后利用随机森林进行训练和预测。结果表明,随机森林较支持向量机能更好的表征输入与输出间的多元回归关系,预测均方根误差优于0.021%;传输距离、C^(2)_(n)与PIB相关性最强,对PIB影响最大。本方法可为机器学习在激光大气传输效应评估的应用提供更加完善的理论依据,具备一定的应用价值。     

大气湍流对舰载激光通信中光能量分布的影响

针对激光在洋面上大气湍流中传输时,光能量分布发生变化,影响激光通信质量。本文基于大气光通信信道模型,对激光在大气湍流中的传输进行模拟,分析大气折射率结构常数、传输激光的波长,传输距离对光能量分布的影响,并用MATLAB对其影响进行了数值模拟。结果表明：在仅考虑大气湍流对激光传输影响的条件下,传输激光的波长对光能量分布具有重要影响。     

大气湍流中激光瑞利区间的高度效应研究

根据大气湍流中激光传输的瑞利区间表达式和L.C.Andrews修正谱密度函数(M谱),采用不同的大气湍流强度高度模型,研究沿不同高度链路传输的激光瑞利区间的高度效应。结果表明,随着传输链路高度h的增加和地面附近的折射率结构参数A的减小,瑞利区间ZR逐步增加;不同的高度模型计算得出的瑞利区间的变化趋势基本一致。所得结果可为低空大气湍流中的激光通信提供参考。     

基于激光散斑的应力传感系统

激光散斑传感技术具有结构简单、灵敏度高等特点,可以实现对应力、振动、距离、速度、流速等物理量的传感测量,已成为光学传感领域中的研究热点之一。设计了一套基于激光散斑的应力传感系统。该系统使用波长为405 nm激光作为光源,利用音圈电机振动多模光纤,同时采用CCD图像传感采集系统对抛光玻璃表面进行显微成像,通过MATLAB软件对采集到的散斑图像进行分析处理,计算散斑对比度,拟合散斑对比度随时间变化的曲线。结果表明:散斑图像对比度的变化反应了多模光纤应力的变化,通过多模光纤应力变化可以判断是否有入侵者,实现了防盗功能。     

近海激光通信分集技术对大气湍流扰动抑制的实验

为评估分集收发技术在近海面激光通信系统应用中对大气湍流扰动的抑制作用,设计了基于对多路1 550 nm激光光斑同步采集的验证实验方案。采用由时统终端触发的FPGA+多核DSP架构的实时图像处理系统实现目标中心位置的提取与目标灰度和的统计,进而得到激光从发射端至接收端的到达角起伏方差和闪烁指数。分别比较了等功率条件下单路发射和双路发射间、双孔径接收与等效单孔径接收间的到达角起伏方差和闪烁指数,同时比较了不同跨距下双孔径接收的效果。实验表明,在发射功率相同的情况下,与单路发射相比,双路发射能够有效地抑制因大气湍流扰动产生的到达角起伏和光强闪烁;在接收面积相同情况下,双孔径接收较单孔径接收所产生的到达角起伏与光强闪烁更弱,且在一定范围内,双孔径间的跨距存在最优值。