大气中激光到达角起伏引起跟踪系统角误差的研究

为研究大气结构常数、湍流特征尺度、跟踪距离以及接收孔径对激光跟踪系统角精度的影响,采用同时包含湍流内尺度和外尺度影响的综合湍流谱对大气湍流中激光到达角起伏引起的激光跟踪系统角误差进行了数值模拟。结果表明：激光跟踪系统测角精度与系统接收孔径大小有关,并随大气结构常数和跟踪距离的增大而降低;湍流内尺度和外尺度仅在有限范围内影响跟踪系统角精度。分析结果可为系统设计提供参考。     

应用闭环残余倾斜数据分析自适应光学系统精跟踪回路性能

在自适应光学系统中,目标跟踪误差主要由未完全补偿的大气湍流扰动和望远镜抖动引起的跟踪误差以及系统的倾斜噪声误差两部分组成。提出一种用闭环残余倾斜数据计算倾斜噪声误差、大气湍流扰动和望远镜抖动引起的跟踪误差以及系统跟踪残余误差的新方法,并用此方法分析61单元自适应光学系统中精跟踪回路的性能。     

湍流大气传输中跟踪抖动对远场影响的仿真研究

分析了跟踪抖动对湍流大气传输远场光斑的影响。基于麦克斯韦电磁场理论,采用大气相干长度对大气湍流进行描述,推导了发射光束因跟踪抖动导致光轴偏离的远场表达式。在此基础上,利用相位屏法模拟抖动引起的倾斜相位和大气折射率起伏引起的相位调制,并采用低频补偿的功率谱反演法对传输过程进行了数值仿真。分析了不同跟踪抖动、湍流强度条件下远场光斑质心脱靶量的变化,以及不同尺寸模拟目标的回波概率。分析结果表明,在传输距离为10 km时,强湍流造成的远场光斑脱靶量可达几十μrad;当跟踪抖动较大时,湍流强弱对脱靶量影响差别很小。最后,对一定尺寸的模拟目标,从探测回波概率的角度给出了发射系统跟踪抖动量的控制范围。     

声波扰动对大气湍流内外尺度与折射率功率谱函数的影响分析

声波是一种机械波,作为能量的载体,在大气湍流环境下传输会“扰动”湍流耗散率的变化,从而会影响湍流物理结构演化.本文基于声波能量和湍流能量平衡方程,结合湍流内外尺度和大气折射率功率谱函数,研究了在不同声波扰动下大气湍流的内外尺度和折射率功率谱函数的变化特征.结果表明:不同声波的传播会使得湍流的内外尺度发生变化,声源功率越大,对湍流尺度的影响越大,然而声源频率越大,对湍流尺度的影响并不是特别明显;不同声波的传播会使大气折射率功率谱函数发生改变,在惯性区内,考虑到声波对湍流内外尺度的影响,不同声源对大气折射率功率谱的影响程度不同,在耗散区内,大气折射率功率谱都出现随声波传输距离波动的情况.本文探索声波扰动对大气湍流折射率功率谱函数特征参数的变化规律,为激光在声波扰动大气湍流中传输特性以及声光耦合研究提供理论依据.     

大气湍流对激光跟踪系统角精度的影响

讨论了大气湍流对激光跟踪系统角精度的影响，利用相位屏法计算了大气湍流对激光跟踪系统引起的误差，计算表明，在正常条件下，大气湍流引起的跟踪误差，可达几十微弧度。     

大气湍流对空间激光通信跟踪系统的影响

基于大气信道内的空间激光通信演示验证实验,对系统光斑跟踪精度的影响因素进行了分析,研究了大气湍流对光斑跟踪精度的影响,建立了光斑质心检测模型,设计了一套信标光光斑粗精复合跟踪系统.搭建了室内测试实验系统,完成了大气湍流对光斑跟踪精度影响的测量,结果表明在中弱湍流时,跟踪精度随湍流增大有近似线性关系,系统整体跟踪精度在5~15μrad之间,可较好地完成光斑跟踪功能.在野外环境开展的飞机-飞机激光通信演示实验中,对伺服系统的跟踪性能及跟踪精度进行实际测量,整体跟踪精度不大于15μrad,与室内实验测试系统基本一致.     

大气激光通信中稳定跟踪技术研究

 为了研究大气激光通信中稳定跟踪所采用的器件及有效跟踪方法,分析了光束定位探测器件(电荷耦合器件和四象限光电探测器)的灵敏度特性,结合影响大气激光通信跟踪系统性能的五种大气湍流效应,分别讨论了光束漂移、光强起伏、光斑弥散、到达角起伏及光束扩展的原理.对质心跟踪算法和形心跟踪算法定位准确度的影响进行分析,得到在大气条件下形心算法的跟踪误差小于质心误差的结论,并通过实验进行了验证.     

大气湍流尺度对部分相干光传输特性的影响

本文在考虑湍流内外尺度的情况下,对部分相干高斯谢尔模型光束在大气湍流中的传输特性进行了研究.主要采用考虑湍流内外尺度的修正Von Karmon谱模型,推导了部分相干光在大气湍流中的平均光强分布、光束扩展均方根束宽和漂移方差的解析式.对比分析了不同湍流强度情况下,湍流内外尺度对部分相干光在大气湍流中水平和斜程路径上传输特性的影响.结果表明:相同条件下,光束在大气湍流中传输时,沿斜程传输时的抗湍流能力强于水平传输;相比于大气湍流内尺度,大气湍流外尺度对光束漂移影响较大,外尺度对光束扩展与光强分布的影响较小,当湍流外尺度增大时,漂移现象会越来越严重;相比于大气湍流外尺度,湍流内尺度对光束扩展与光强分布的影响较大,当内尺度减小时,光束扩展现象越来越严重,光强分布也更分散,内尺度对漂移几乎无影响.     

光学相关论题 自适应光学

O439 2006043796应用闭环残余倾斜数据分析自适应光学系统精跟踪回路性能=Performance analysis for fine tracking loop for a-daptive optical system with closed-loop residual tilt data[刊,中]/吴碧琳(中科院光电技术所.四川,成都(610029)) ,饶长辉…∥光学学报.—2006 ,26(4) .—487-490在自适应光学系统中,目标跟踪误差主要由未完全补偿的大气湍流扰动和望远镜抖放引起的跟踪误差以及系统的倾斜噪声误差两部分组成。提出一种用闭环残余倾斜数据计算倾斜噪声误差、大气湍流扰动和望远镜抖动引起的跟踪误差以及系统跟踪残余误差的新…     

湍流折射率谱型对大气闪烁和相位起伏功率谱的影响

基于Taylor湍流冻结假设理论,在不同湍流折射率谱型条件下,推导得出了光波闪烁和相位起伏频谱的表达式;数值计算了湍流谱型中折射率标度指数、内尺度以及外尺度变化时对光波频谱的影响。结果表明:随着折射率起伏标度指数的增大,闪烁频谱的低频段不再仅为常数,高频段下降的幂率逐渐增大,同时相位频谱在整个起伏频率段下降的幂率越来越大;湍流内尺度的增加将引起光波频谱的高频段下降的幂率越来越大;而随外尺度的减小,闪烁频谱低频段的振幅减小,这种影响在大口径接收时较为明显,相位谱的低频段幂率减小。     

大气湍流波前低阶模式的时间功率谱分析

引入规格化的相位谱,推导了大气湍流波前低阶模式（Ｚ－倾斜和Ｇ－倾斜、离焦、像散以及彗差）的时间功率谱,并就水平大气传输、星体目标观测、空间目标监测等几种情况作了实际的数值计算及分析,此外还给出实验结果,分析结果表明：对于水平大气传输模式,倾斜功率谱曲线的低频阶段的指数下降因子为４／３－６β／１１（β为相位谱空间频率的指数下降因子）,离焦、像散和彗差项的功率谱低频段指数下降因子为０;水平大气传输工作     

特殊函数在湍流大气传输光束漂移中的应用

研究特殊函数在激光湍流大气传输光束漂移效应中的应用,为提高跟瞄系统的瞄准精度提供理论依据。基于特殊函数和修正Von Karman谱,对斜程湍流大气传输光束漂移方差表达式进行了数值仿真。数值模拟表明,特殊函数高次项的近似舍去对激光湍流大气传输光束指向精度影响甚微。在外尺度较小时,光束漂移方差变化较快;随着外尺度的增加,光束漂移增加缓慢且趋于饱和。在相同的外尺度下,发射孔径（初始光束束径）与发射天顶角的增大对光束漂移具有抑制作用,且天顶角接近π/2,光束漂移角方差快速减小。     

自适应光学系统倾斜校正回路的最优闭环带宽

基于实际自适应光学系统倾斜校正回路最常使用的比例积分控制器,分析了最优闭环带宽与大气湍流、测量噪声之间的关系.利用满足Kolmogorov湍流整体倾斜功率谱密度的时间序列进行了相关的数值仿真.结果表明,根据不同湍流强度及测量噪声选择合适的闭环带宽,可以充分发挥自适应光学系统倾斜校正回路的闭环校正能力,减小闭环残差.     

非科尔莫戈罗夫湍流情况下光学波前的到达角起伏方差分析

引入非科尔莫戈罗夫 (Kolmogorov)湍流情况下的归一化相位空间功率谱 ,针对 G倾斜和Z倾斜两种情形 ,分别推导了非科尔莫戈罗夫湍流情况下光学波前的到达角起伏方差与相位空间功率谱指数下降因子β和归一化大气湍流相干长度ρ0 之间的关系。结果表明 ,对于 2 <β <4 ,非科尔莫戈罗夫湍流情况下光学波前的到达角起伏方差随着β的增加而增大 ,β相同时 ,G倾斜方差总是小于 Z倾斜方差。     

星地下行孔径接收闪烁频谱的理论研究

 基于孔径接收的对数振幅时间相关函数，结合星地激光下行链路的实际情况，推导了适用于星地下行孔径接收的闪烁频谱表达式。进而分析了孔径尺度和湍流外尺度对闪烁频谱的影响。结果表明，下行孔径接收闪烁频谱分为低频段和高频段两个区间，低频段为常数，高频段呈幂指数规律变化，且幂律的绝对值为11/3。当接收孔径增加时，频谱的幅值和宽度逐渐减小，其形状保持不变。随着等效湍流外尺度的增加，低频谱的幅值逐渐增大，高频谱保持不变。     

自适应光学控制系统对Kolmogorov湍流补偿的修正有效带宽

基于时间功率谱反演生成的Kolmogorov湍流时间序列, 模拟分析了自适应光学控制系统跟踪回路与高阶误差校正回路在有限误差-3 dB带宽、 有时间延迟情况下的闭环校正残余误差, 得出了系统的跟踪残余方差、高阶残余方差与误差-3 dB带宽的数值拟合结果, 修正了系统有效带宽的表达式, 使其能更精确地估计校正残余方差. 关键词： Kolmogorov湍流 Tyler频率 Greenwood频率 有效带宽     

有限外尺度对大气湍流统计特征测量的影响

有限外尺度影响下的相位结构函数和孔径平均的斜率相关函数的表达式,结果表明有限的大气外尺度对大气流流统计特征的测量有很大的影响,尤其对大尺寸的望远镜和子孔径更是如此。基于科尔莫戈罗夫模型的大气相位结构函数和相干长度仅仅是本文推导结果的近似。对结果的分析表明,测量得到的对大气湍流科尔莫戈罗夫模型的偏离有可能是大气外尺度的影响,而不完全是真正的偏离。