湍流大气中星载角反射器阵列回波的闪烁指数

利用Rytov方法结合ABCD传输矩阵理论, 推导了地-空-地双程湍流大气路径中单个角反射器回波在接收孔径平面上的强度协方差函数及闪烁指数公式. 根据角反射器阵列的各角反射器单元回波相位相互独立假设, 计算了接收孔径平面上的强度协方差函数、孔径平滑因子和闪烁指数, 比较分析了单个角反射器与角反射器阵列回波闪烁指数. 证明角反射器阵列不改变闪烁指数, 但大气湍流会引起光强起伏放大两倍的规律. 关键词： 大气光学 角反射器阵列 闪烁指数     

伪部分相干高斯-谢尔模型光束在湍流大气中传播的闪烁孔径平滑效应

采用光传播的数值模拟方法, 对伪部分相干高斯-谢尔模型光束大气传播过程进行数值模拟, 统计分析不同接收口径内的光强起伏特性,计算闪烁的孔径平滑因子, 讨论了表征伪部分相干光的调制相位屏的相对变化频率对闪烁指数的影响, 并将其与充分发展的部分相干高斯-谢尔模型光束及完全相干光的闪烁指数对比. 结果表明: 降低光源相干性可大幅度降低闪烁指数, 但同时其闪烁指数的孔径平滑效应减弱, 在相同接收孔径下, 伪部分相干光闪烁指数的孔径平滑效果要比完全相干光差; 增大调制相位屏的相对变化频率可在一定程度上降低闪烁指数, 随着其相对频率的增大, 伪部分相干光的闪烁指数与部分相干光的结果趋于一致. 关键词： 伪部分相干高斯-谢尔模型光束 湍流大气 孔径平滑闪烁指数 数值模拟     

孔径接收下大气闪烁频谱的理论和实验研究

 基于孔径接收下的对数振幅时间相关函数，推导了弱湍流起伏条件下大气闪烁频谱的表达式，分析了接收孔径对大气闪烁频谱的影响。通过完成水平大气传输实验，实际测量了孔径接收下的大气闪烁频谱。实验结果验证了理论计算。结果表明，孔径接收下的大气频谱分为低频段和高频段两部分，低频谱为常数，高频谱呈幂指数关系变化，且幂指数为-11/3；随着接收孔径增大，频谱在各频率点上的幅值逐渐减小，其形状保持不变。     

大气光通信中大气闪烁时间平滑效应研究

利用大气闪烁的时间平滑效应,增加光电探测器曝光时间是克服大气闪烁对大气光通信的瞄准、捕获、跟踪链路影响的有效途径之一.基于科尔莫戈罗夫谱,导出了弱湍流起伏区无限平面波和球面波的大气闪烁时间平滑因子的一般表达式,并且用几何光学近似得到了在大孔径和小孔径接收情况下的时间平滑因子近似表达式.在孔径远大于菲涅耳区尺度时,平面波和球面波的时间平滑因子的近似表达式与精确表达式的误差分别小于6%和3%.分析结果表明,孔径越小,时间平滑效应越显著,并且菲涅耳区尺度对时间平滑效应影响的程度也随着孔径的增加而减弱.     

无线激光通信中的多孔径接收技术研究

在大气激光通信中,大气湍流所引起的光强闪烁会严重影响通信系统的性能,导致系统误码率的增加,多孔径接收是克服这种影响的有效方法.主要分析了3个孔径的接收性能,并对比了多个接收孔径的接收面积的大小及相互之间的位置关系对空间平滑因子的影响,对比了多孔径接收与单孔径接收的孔径平滑因子;利用GammaGamma信道模型分别从弱至...     

激光大气闪烁饱和的孔径平均效应

理论分析了湍流介质中一定孔径内光强起伏（闪烁）的频谱特征，在6.8km的大气传播距离上同时测量了激光在针孔和φ260mm孔径内的闪烁，根据两者功率谱特征的对比分析结果以及两者闪烁均方差间的关系，指出孔径平均效应可以在一定程度上消除激光大气闪烁的饱和效应，从而可以利用孔径平均效应在临界强起伏条件下测量湍流强度。     

光通信 其他

TN929.1 2006043573大气光通信中大气闪烁时间平滑效应研究=Ti me-avera-ging effects for at mospheric scintillationin at mospheric op-tical communication[刊,中]/高宠(哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室.黑龙江,哈尔滨(150001)) ,马晶…∥光学学报.—2006 ,26(4) .—481-486基于科尔莫戈罗夫谱,导出了弱湍流起伏区无限平面波和球面波的大气闪烁时间平滑因子的一般表达式,并且用几何光学近似得到了在大孔径和小孔径接收情况下的时间平滑因子近似表达式。在孔径远大于菲涅耳区尺度时,平面波和球面波的时间平滑因子的近似…     

采用大口径投影光学系统监测远场散斑特征参数

大口径投影光学系统采用低成本、大口径菲涅耳透镜制作,可将远场散斑强度分布投影到CCD成像探测器上。通过CCD图像处理,能够对给定孔径上的接收功率、闪烁指数进行量化评估;在接收孔径足够大、保障散斑不会因为光束漂移效应而脱离菲涅耳透镜的条件下,该系统还可以对光束漂移和特征半径进行量化评估。同时讨论了CCD像元响应非均匀性误差及其影响、CCD辐照响应函数和图像几何投影系数的定标方法。实验表明,系统能够对激光大气传输过程中的远场散斑特征参数进行监测。特别对自由空间激光通信系统而言,可以为大气衰减和多种大气湍流效应综合作用下的中值电平慢衰落研究和检测阈值优化设计提供实验数据支撑。     

湍流大气中激光传输光强起伏特征研究

通过实验观测了湍流大气中光束准直传输时光束横截面上不同面积内的光强起伏特征。采用相对光强起伏方差与孔径平滑因子描述不同面积内的光强起伏特征并比较了不同湍流条件和不同面积内相对光强起伏方差的概率分布密度。实验结果表明,在该实验条件下明显出现孔径平滑效应时对应接收面积呈现湍流越强接收面积越小的规律;不同接收面积内相对光强起伏方差概率分布密度可以用对数高斯分布近似,不同接收面积和湍流强度下近似程度不同;采用偏斜度和陡峭度来描述接收面积不同和湍流强度不同时概率分布密度与对数高斯分布的偏差并比较了拟合曲线特征的变化。同时初步比较了连续光与脉冲光相对光强起伏方差概率分布的异同。     

激光大气闪烁的分形分析

 采用分形理论分析了激光大气闪烁的统计特征。研究结果表明：在弱起伏条件下，激光大气闪烁的分形维和奇异性随光强起伏的增强而增大，而其长期相关性则减小；不同Fresnel尺度下具有相同闪烁指数的激光大气闪烁的分形特征存在着明显的差别；在强起伏条件下，有限的数据中尚未发现分形维有饱和现象，因此可以用来描述激光大气闪烁的强度。     

双孔差分闪烁法测量大气湍流的理论与实验研究

根据cross-path理论, 推导出弱起伏条件下差分孔径光强起伏结构函数的精确表达式, 以此为依据, 从理论上提出测量大气湍流强度的双孔差分闪烁法. 在Kolmogorov湍流谱条件下, 分析了信标光直径和信标光高度对该方法中路径权重函数的影响. 在近地面开展了2 km路径的水平光单程传输实验, 将双孔差分闪烁法和单孔闪烁法的测量结果进行了对比. 实验结果表明: 在不同的天气条件和大气湍流状况下, 两种方法测量的折射率结构常数具有高度的一致性; 通过对折射率结构常数积分得到的球面波大气相干长度进行相关性分析, 发现两者的线性相关系数达0.96; 由此验证了双孔差分闪烁法的可行性和有效性. 该方法能够分离出主动信标双程传输的后向闪烁信息, 为主动信标准确探测大气湍流提供了一种新方法.     

Intensity fluctuations of partially coherent laser beam arrays in?weak atmospheric turbulence

The intensity fluctuation of a partially coherent laser beam array is examined. For this purpose, the on-axis scintillation index at the receiver plane is analytically formulated via the extended Huygens–Fresnel diffraction integral in conditions of weak atmospheric turbulence. The effects of the propagation length, number of beamlets, radial distance, source size, wavelength of operation and coherence level on the scintillation index are investigated for a horizontal propagation path. It is found that, regardless of the number of beamlets, the scintillation index always rises with an increasing propagation length. If laser beam arrays become less coherent, the scintillation index begins to fall with growing source sizes. Given the same level of partial coherence, slightly less scintillations will occur when the radial distance of the beamlets from the origin is increased. At partial coherence levels, lower scintillations are observed for larger numbers of beamlets. Both for fully and partially coherent laser beam arrays, scintillations will drop on increasing wavelengths.     

上下行传输孔径接收光强起伏特性分析

为了研究地星上行和星地下行激光链路孔径内接收光强信号的典型特征,基于大气湍流理论和位相屏方法,计算了短波和中波红外激光在特定大气相干长度条件下,孔径内接收激光功率与总功率的比值及起伏情况。根据统计结果讨论了上下行大气通道传播特性的差异,结果表明相同外界条件下,直径50 cm孔径内接收的下行激光信号强度大于上行激光信号强度1个数量级以上,其信号的起伏程度也低于上行激光;中等湍流下,下行激光孔径接收光强的概率分布函数服从对数正态分布,最大概率接收功率比与无湍流条件下的功率比值一致,分别为0.42%(1.315 m)和 0.26%(3.8 m)。     

空间激光通信中光强起伏尺度特征的数值分析

利用数值模拟的方法,定量地计算分析了空间激光通信中光强起伏问题,得到了准直光束与聚焦光束光强起伏相关距离（不均匀元半径）随大气相十长度变化的结果;进而分别从接收效率和性价比等不同的角度对激光通信系统接收孔径选取的参考因素进行了探讨。根据现代光通信对误码率的最低要求定义最佳接收孔径,计算分析了聚焦光束空间激光通信系统最佳接收孔径随大气相干长度r0的变化关系。结果表明,最佳接收孔径随大气相干长度的减小而迅速增大。对于聚集光束空间激光通信而言,在大气相干长度ro约为4cm的强湍流效应情况下,通信系统的接收孔径接近5倍艾里斑直径,才能满足国际电信联盟-电信标准部对光通信的最低要求。     

野战激光通信中多口径发射与大口径接收试验研究

针对野战无线激光通信中大气衰减和光强起伏问题,分析了大气对激光通信的影响,探讨了多口径发射与大口径接收对大气影响抑制机理,在此基础上,构建了多口径发射和大口径接收试验装置,发射端发射孔径数目可调,接收端光学天线采用卡塞格伦结构,通过在光学天线前面增加不同口径光阑方式,改变天线口径。发射孔径数目增加到4束时,光强起伏方差约为单光束时的1/2,接收口径直径相差1.5倍时,闪烁方差之间相差1.6倍,验证了对大气湍流的抑制效果。根据理论分析与试验结果,对野战激光通信光端机的部分参数进行了优化设计。     

大气闪烁对自适应光学校正的影响

 激光在大气湍流中长距离近水平传输时，闪烁加强，限制了常规自适应光学的校正能力。数值研究了大气闪烁对自适应光学校正的影响，拟合得到了在Fresnel数一定时，Strehl比与Rytov方差的表达式，以及Rytov方差一定时，Strehl比与Fresnel数的表达式。结果表明，在Rytov方差较小时，纯相位校正Ｓtrehl比只与Rytov方差有关；随着Rytov方差的增加，Strehl比不仅与Rytov方差有关，还与Fresnel数有关，Fresnel数越大，校正Strehl比越大；大发射和接收孔径有利于提高校正Strehl比；在一定的Rytov方差下，Stregl比随Fresnel数增大而增加，逐步趋于饱和，达到纯相位校正的极限。