激光测距中光程的随机起伏

本文探讨了湍流对激光测距精度的影响。证明了在反射式光路上湍流导致的光程起伏存在放大效应。计算结果表明,在强湍流条件下,湍流引起的光程起伏值在几公里水平路径上大致为数毫米,亦即可以引起10~(-6)左右的相对偏差。对于斜程测距,湍流的影响要小得多,基本上可以忽略不计。理论公式还表明,如果采用短波长激光为测距光源,准直后由大口径发射,     

长光程大气湍流发生装置的设计与性能测试

温度场起伏导致空气折射率的起伏,风速的变化影响湍流的动态特性,从而形成光学湍流效应,对大气激光传输产生影响。研制了一种用于研究激光大气传输效应的Herriott长光程大气湍流发生装置,此装置能模拟出温度差范围为10~200℃,风速范围为0~5.8 m/s以及光程为1~100 m的随机大气湍流。分析并测量了在不同温度、风速参数下该装置对激光传输的光束质量影响。实验结果表明,该大气湍流发生装置的性能指标与实际大气湍流性能较为接近,且具有温度范围宽、光程可调、重复性好、准确度高等优点,能够满足大气传输湍流效应的实验要求。     

多束强激光在大气传输中的热晕与湍流效应

强激光在非均匀光程中传输时,大气路径中分子的吸收系数不再是常数,利用内插法得出了中纬度夏季模式的分子吸收系数随海拔高度的变化规律。强激光传输会同时受到大气湍流效应和热晕效应的共同影响,这严重影响了强激光传输的效能,而采用多束强激光传输方法可以减小这些效应的影响。根据波动光学理论,建立了三束脉冲激光在湍流和热晕相互作用下的数学模型。数值结果表明:该方法对光强起伏、光斑分裂和光束扩展等现象有较好的校正效果。     

非柯尔莫哥洛夫湍流对星光到达角起伏影响研究

基于A. S. Gurvich等人所提出的非柯尔莫哥洛夫湍流功率谱密度模型,推导了弱起伏条件下的到达角起伏方差,得到了一个解析的结果;然后,利用该结果分析了对流层柯尔莫哥洛夫湍流和平流层非柯尔莫哥洛夫湍流对星光到达角起伏的联合影响。结果表明:星光到达角起伏主要是由对流层柯尔莫哥洛夫湍流决定;对于不同的接收孔径,到达角起伏5%~14%是由平流层非柯尔莫哥洛夫湍流引起的。此外,非柯尔莫哥洛夫湍流对到达角起伏还取决于接收孔径、湍流外尺度及非柯尔莫哥洛夫湍流起伏强度。     

大气湍流对相干激光雷达CO2探测精度影响研究

为研究大气湍流对激光回波的光强起伏、漂 移、波前畸变以及偏振退化的影响,计算了大气后向散射回波在不同探测高度下的信噪比 (SNR),结合Hufnagel-Valley模型 分析了球面波大气闪烁调制因子,得到了近地大气光强起伏方差;利用模式匹配数值积分方 法,得到了不同高度的空间 光-单模光纤(SMF)的耦合效率;从光场复振幅和探测面上光斑的爱里斑模型出发,研究了 空间相位起伏对外差效率的影响;最 后基于20m气体池差分吸收探测CO₂浓度的实验数据,分析大气 湍流对外场实验影响。结果表明,大 气湍流会使系统精度降低1.21倍,20m光程下系统精度由424.83×10－6变为514. 04×10－6,性能下降严重。本文所作的分析对差分吸收相干激光雷 达(DIAL)外场实验有重要参考意义。     

大气湍流对复杂路径下光强起伏及误码率的影响

对复杂地形情况下实际湍流大气中的激光强度起伏进行系统研究,发现了在此情况下实际湍流大气中的激光光强起伏在概率密度分布与理论上偏离很大,而由大气湍流引起的光强起伏和系统误码率的关系,结果表明:在弱起伏条件下,对于系统误码率为10-9以下的要求,光强起伏应小于0.67;随着湍流强度Cn2的增大,误码率增加很快;采用长波长的激光进行传输可以有效地降低系统误码率.     

激光传输湍流大气的折射率起伏双尺度模型

运用Kolmogorov 1941串级湍流模型理论和近似①湍流大气中传输激光束的强度起伏可抽象为大尺度湍涡导致对小尺度湍涡产生强度起伏倍乘性再调制的双尺度过程;②分别由大尺度湍涡和小尺度湍涡产生的光闪烁相互统计独立;③在双尺度模型下,即使在湍流起伏饱和区,用于处理光闪烁的Rytov方法仍然适用.导出了包含湍流内外尺度因子的简化折射率起伏双尺度模型和湍流大气中传输平面波的闪烁孔径平滑因子.结果表明,有限湍流内、外尺度在0.5＜d＜3.5孔径区域增加了闪烁的孔径平滑作用.     

湍流引起的空间光到单模光纤耦合功率的衰落

通过模拟湍流波前的振幅起伏及相位起伏,研究了湍流对空间光到单模光纤耦合的影响。研究表明,湍流相位起伏引起的耦合光功堂璺华至服从对数正态分布,在相同的起伏方差下,其衰落深度比对数正态分布下的衰落大;对于给定的衰落概率,在Fried参数r0比较小时,采用小直径天线比大直径天线更有利,衰落更小。     

相位屏法仿真海洋湍流激光传输特性有效性

海洋湍流是制约水下激光通信应用的重要因素之一,相对于大气湍流,海洋湍流在较短距离内即可达到强起伏,针对强湍流传输特性及数值仿真的可靠性验证具有重要意义。基于大气湍流传输特性理论公式,利用大气湍流参数等效表达海洋湍流的方法给出了弱起伏到强起伏条件下海洋湍流传输特性的理论计算公式。针对相位屏法在海洋湍流仿真中的应用,给出了选取相位屏间距、网格尺寸和网格数目的基本要求,并数值仿真了海洋湍流不同参数条件下的传输特性,与理论计算结果进行了对比。结果表明:基于相位屏法得到的光强一阶矩传输特性参量与解析结果较为一致,但是在强闪烁条件下数值仿真光强闪烁特性与理论结果偏差较大。     

激光斜程湍流大气传输平均偏振起伏

运用光子密度分布函数和采用大气折射率起伏Von Karmam湍流谱、研究了相干激光通过斜程大气传输时的平均量子偏振起伏。通过唯象方法导出大气折射起伏对光场相位调制关系,从而建立了斜程大气光子密度分布函数模型。基于斜程湍流大气光子密度分布函数导出了平均＂量子偏振度＂的解析关系。结果指出：湍流大气导致光束偏振度起伏满足零均值高斯分布,大气湍流不影响光子偏振度统计平均值。     

高速铁路环境下到达角起伏对电波通信的影响

无线电波在传播时,由于大气湍流的作用其相位会发生起伏,这是在高速铁路环境中无线通信常常遇到的问题。大气湍流造成不同部分大气的折射率起伏,使得不同部位空间电波具有不同的相移,这些相移导致随机起伏形状的等相面,这种相位形变导致波前到达角的起伏。到达角的起伏会影响通信的质量,尤其是在列车行驶时,到达角起伏会使得有用信号在传输给列车时产生偏移,从而丢失有用信号,既造成通信质量下降也造成能量利用率降低。研究到达角起伏对无线通信的影响,得到了用于描述强弱湍流条件下含有到达角起伏的信噪比的理论模型。同时数值模拟了到达角起伏信噪比和误码率的关系,对实际工程中提高无线通信系统质量具有一定的参考价值。     

大气湍流引起CO_2激光自差通信系统相位起伏的研究

本文对CO_2激光自差通信系统接收中频信号相位受大气湍流的随机起伏进行的理论与实验研究表明,该系统有助于克服大气湍流对接收中频信号相位的随机起伏,由大气湍流带来的随机相位噪声可不予考虑。     

大气湍流对激光雷达跟踪角误差的影响

本文讨论了大气湍流引起的强度起伏和相位起伏对激光雷达跟踪系统测角精度的影响，得强度起伏导致的对数振幅方差和相位起伏导致的到达角方差，计算了强度起伏和相位起伏对跟踪系统的接收信噪比，角误差的影响，结果表明，大气湍流引起的角误差与仰角、距离等因素有关。     

大气湍流尺度和强度对到达角起伏的影响

考虑到光束通过大气时受到大气湍流的影响,理论上分析了到达角起伏的原因,通过利用马尔种夫和平均强度的平方近似所求得到达角起伏公式,采用变形谱Von Karman所得出的波结构函数D(p,z),得出到达角起伏在考虑湍流内外尺度和强度影响下的到达角方差表达式.并在垂程方向上分析得出到达角方差随L增大而增大,在小于250m范围内,仅考虑湍流强度与考虑了湍流尺度和强度的影响相比,两者较接近,大于250 m以后,考虑了湍流尺度和强度的影响比仅考虑湍流强度影响的大.     

激光实际大气传输湍流效应相位校正一些实验结果

进行了近地面水平大气中激光传输湍流效应及其自适应光学相位校正实验，对光束振幅起伏、到达角起伏及其远场Strehl比进行了测量分析。实验结果表明，光束到达角起伏功率谱在低频段（f＜0．4υ／d）近似地满足-2/3次幂关系，而在高频段（f＞0．4υ／d）则近似满足-8／3次幂关系。在较弱湍流效应情况下时数振幅起伏方差小于0．3），相位补偿是有效的，而在较强湍流效应树数振福起伏饱和）时，自适应光学系统常常不能实现稳定闭环。由于传输场景地形复杂，湍流效应及其相位校正效果定量规律的描述还需进一步研究。     

激光在湍流大气中的光强起伏与光斑统计特征

我们系统地研究了激光在湍流大气中的光强起伏与光斑统计特征。对数光强起伏的概率密度分布在弱起伏传播条件下大都接近于正态分布，其偏斜度一般为负，陡峭度一般为正。用五线段拟合法确定对数光强起伏频谱的无标度区间的标度指数，该标度指数在一天中变化很大，大部分情况下与局地均匀各向同性湍流介质中的传播理论结果不符。在可靠地确定CCD背景信号的基础上，测量了湍流大气中的光斑，从数值运算和实验测量两方面分析了被湍流大气退化的光斑的形变特征，引入了适合工程应用的的描述方法。     

激光大气传输相位起伏分布

本文运用激光在湍流大气中传输散射光场的双随机过程统计模式,从理论上分析和讨论了激光束在湍流大气中传输经粗糙随机界面(或随机散射屏)反射回波的相位起伏统计分布问题,寻出了相位起伏一阶概率密度函数的理论公式。     

降雨大气中激光束漂移和到达角起伏研究

本文利用降雨大气中,雨滴与湍流所引起折射率起伏的相互独立性,在雨滴对光束的前向散射近轴条件下,以马尔科夫过程和delta相关条件,讨论了激光束穿过雨屏和湍流大气时,所引起的漂移和光波波阵面到达角起伏的统计特性.给出了它们的理论计算曲线.得出结论为:在降雨大气中,雨滴所引起对激光束的漂移和到达角起伏量均比同时存在的弱湍流影响要大.     

湍流大气中光波闪烁的斜程问题研究

根据光波斜程传输理论以及随高度变化的ITU－R湍流大气结构常数模型，将水平传输的修正Rytov方法扩展到了斜程传输问题中。在零内尺度湍流谱模型下，得到了平面波入射时从弱起伏湍流区到强起伏湍流区闪烁指数随斜程Rytov方差的变化规律，最后讨论了闪烁指数随天顶角的变化情况。     

湍流大气中激光束抖动频率相关函数和降雨大气中激光束到达角起伏

一、引言 激光束在洁净大气中传播时，由于湍流的影响，光束波阵面到达角将作随机起伏，光束整体将作随机抖动。这些湍流效应严重影响激光大气通信和大气参数的光学法探测，所以人们对此作了大量研究。但是，对激光束在雨和湍流同时存在时传输的到达角起伏和湍流大气中双频光束抖动相关函数研究很少．而这些问题在实际工程应用中常涉及到。