大气参数精度对激光传输预估结果的影响

 通过对不同情况下参数测量误差导致的到靶激光平均功率密度变化的统计,得到了大气参数精度对激光传输计算结果的影响。风速和气溶胶吸收系数测量误差主要来自热晕效应的影响,热晕越强,对计算结果的影响就越大。强热晕时,风速±(5%～8%)的误差可导致计算结果约±10%的误差;气溶胶吸收权重±(10%～20%)的误差可导致计算结果约 10%的误差。强湍流弱热晕时,大气相干长度±(5%～7%)的误差可导致计算结果约±10%的误差。     

不同参数对室内传输通道热晕效应影响的数值分析

着重讨论了不同参数对室内传输通道热晕效应的影响。数值计算的结果表明:对于理想光束,即使在10 kW的激光功率情况下,传输距离大于25 m,吸收系数大于0.013 km-1时,就需要考虑室内传输通道热晕效应对光束质量的影响。随着吸收系数的增大,传输距离的加长,激光功率的提高,通道内热晕效应的影响越来越严重,应采取一定的措施来减小室内传输通道热晕效应。     

稳态热晕非等晕效应的数值分析

运用高斯光束展开的方法,分析圆对称平顶光束在大气传输中的热晕及其非等晕效应。通过对热晕及非等晕效应引起的波前畸变作泽尼克多项式展开,得到了各阶泽尼克系数,进而求得热晕校正残差,数值计算得到的热晕拟合校正残差与现有理论公式得到的结果基本一致。对非等晕效应的数值模拟结果表明:在热畸变参数较小,且给定口径尺寸的情况下,热晕角度非等晕校正残差与非等晕角θ的平方成正比,热晕聚焦非等晕校正残差与信标高度的1.71次幂成反比。     

序列长脉冲激光热晕效应的定标规律

针对序列长脉冲激光,提出了衡量序列长脉冲激光热晕效应强度的热畸变参数,建立了序列长脉冲激光热晕效应的数值仿真模型,并进行了实验验证。对比分析后发现实验结果与仿真结果在光斑形态和大小方面具有较好的一致性,从而验证了序列长脉冲激光热晕效应的数学物理模型及仿真算法的可靠性。在此基础上,通过改变大气参数及发射系统参数进行大量的数值仿真,得出由序列长脉冲激光热晕效应引起的光斑扩展与热畸变参数的定量关系,即序列长脉冲激光热晕效应的定标规律。     

热晕瞬态效应的数值模拟

根据瞬态四维（４Ｄ）热晕程序，研究了激光大气传输中热晕瞬变效应及如何过渡到等压近似下的热晕状态，并与等压近似下４Ｄ热晕程序计算结果作了对比，在大约四倍流体力学时间，瞬态４Ｄ热晕程序计算结果逼近等压近似下的结果；另外，还作了相位补偿计算，对光强每平方厘米几千瓦的情况，在理想的自适应光学系统动力学条件下，瞬变阶段的热畸变能相当有效地实时补偿。     

长脉冲强激光整束热晕实验研究

研究脉冲时间1.8ms,输出能量约200J,光束发散角2mrad的自由振荡钕玻璃光束,经2m焦距透镜聚焦后穿过充有0～0.6MPa氨的热晕池(热晕池长1m)产十的整束热晕效应。用CCD系统测量激光束腰直径的时间积分值随氨气压的变化曲线及束腰光强空间分布图象,用数字显示式能量计测量热晕吸收系数,用硅光二极管—数字采集,分析仪—Roland绘图仪—计算机处理系统,测量激光中心光强随时间的变化曲线。用KDP倍频—高速分幅相机系统记录激光场强分布随时间的畸变。并用解析理论计算值与实验结果进行了分析比较。     

激光大气传输中热晕的数值模拟

采用快速傅里叶变换,研究了激光在大气传输中的热晕现象。得出了一定条件下,热晕随激光输入功率和传播距离的稳态变化规律,并计算了激光在大气中传输10km时发生热晕的功率阈值。在瞬态情况下,研究了有风和无风热晕现象。     

大气湍流和热晕效应对列阵合成激光传输特性和光束质量影响的理论研究进展

介绍了大气湍流效应和热晕效应对列阵合成激光传输特性和光束质量影响的理论研究进展。主要介绍了合成激光在大气中传输的解析和数值模拟研究方法,大气湍流效应对列阵合成光束的光强分布、远场发散角、方向性、曲率半径和湍流距离的影响,以及大气热晕效应对列阵合成光束的光强分布、传输效率、重心偏移、热晕时间尺度和焦移的影响。研究结果表明,大气湍流效应和热晕效应对合成激光光束质量的影响与光束合成方式、合成光束参数以及大气参数密切相关。     

风速与风向对小尺度热晕不稳定性的影响

给出了两种特殊风向对小尺度热晕不稳定性扰动能量增长影响的实验及数值计算结果：当风向与扰动梯度方向平行时，风速对不稳定性有明显的抑制作用，而垂直优动梯度方向的风则对热晕不稳定性没有影响。     

大气热晕效应引起的激光焦移的计算与分析

采用薄透镜组合的半解析近似方法,研究了大气中的热晕效应对激光聚焦的影响.用该计算方法得出结论:大气热晕效应对高功率激光聚集光束传输的影响与其初始功率、发射口径、传输路径及大气吸收系数有关.在吸收系数随距离增加而减少的光程上(如上行传输),热晕将导致焦点向远离发射点方向移动,而在吸收系数随传输距离增加而增加的光程上(如下行传输),热晕将导致焦点向靠近发射点方向移动.     

强激光大气传输中晕及其补偿

文章给出用4-D程序计算热晕问题的数值结果,用包括信标光在内的4-D程序对相位补偿和场补偿进行了数值模拟,结果表明,单纯的相位补偿是不稳定的(PCI),场补偿是完全有效的。     

封闭通道浮力对流下阵列光束热晕效应分析

研究了高功率激光在封闭通道传输时,空气吸收激光能量引发的浮力对流对热晕效应的影响。建立了浮力对流下热晕效应的物理模型,采用数值计算方法分析了热传导和对流传热这两种影响光束质量的因素,发现浮力对流对封闭通道内热晕效应有削弱作用,并且会造成光束质心漂移。研究了不同排布方式下阵列光束的远场光斑形状、光束质量和光斑质心漂移。结果表明,阵列光束间相互作用下的浮力对流更强,对热晕效应的削弱作用更强,不同排布方式下不同位置处光束的情况不同,通过选择合适的排布方式可以找到优化的光束质量和质心漂移。验证了利用轴向风可以抑制热晕效应的方法,结果表明浮力对流的存在会促进热晕效应的减弱,当轴向风逐渐增大时,热晕逐渐被抑制,浮力对流的影响逐渐消失。     

单周期控制三电平Boost功率因数校正变换器的慢尺度分岔分析

对单周期控制三电平Boost功率因数校正(PFC)变换器中存在的慢尺度分岔现象进行了研究, 基于Floquet乘子法分析了主要电路参数对系统稳定性的影响. 首先, 分析了该电路的工作原理, 并由输入输出功率平衡推导出电路的简化模型. 然后, 采用谐波平衡法求解出电路的周期解, 根据Floquet理论分析周期解的稳定性. 通过计算Floquet乘子, 分析了电路中电压反馈电阻R_vf 对系统慢尺度分岔行为的影响. 搭建电路仿真模型, 验证了简化模型及Floquet理论分析的正确性. 最后, 计算了电路中其他参数组成的稳定边界. 研究结果表明, 正确选择三电平Boost PFC变换器的电路参数对于其稳定运行, 提高输入侧功率因数具有重要意义.     

非线性热晕效应自适应光学位相补偿

采用已建立的一套较完整的包括真实自适应光学位相补偿系统仿真的高能激光大气传输的数值模拟程序，对非线性热晕应相偿进行了计算。分析了非线性热晕效应位相补偿不稳定性的基本特征。     

高能固态激光非Kolmogorov湍流大气传输光斑扩展的数值分析

采用高能激光大气传输四维仿真程序模拟计算了高功率固态激光在非Kolmogorov湍流大气中聚焦传输时的湍流与热晕效应。数值分析了接收平面处光斑的63.2%环围能量半径、光束质量因子随非Kolmogorov湍流谱指数α和传输起伏强度D/r0的变化,比较了非Kolmogorov湍流与Kolmogorov湍流条件下激光传输结果的相对偏差。结果表明:非Kolmogorov湍流谱指数α越小,湍流效应和湍流热晕综合效应导致的光斑扩展越大,光束的能量集中度越低;已建立的描述聚焦高斯光束大气传输光束扩展的定标关系式在非Kolmogorov湍流条件下不再成立;在传输参数条件下,仅考虑湍流效应时,非Kolmogorov湍流与Kolmogorov湍流下光斑半径的相对偏差最大值可达87.7%,存在热晕时的最大相对偏差达43.7%,可见热晕降低了两种情况下传输结果的相对偏差。     

聚焦强激光束大气传输的数值模拟

 用非自适应坐标变换技术求解聚焦强激光束大气传输的热晕问题，实践表明对提高计算精度和速度十分有效，但在焦平面附近的计算，由于热晕的散焦作用，原有技术有一定困难。通过提出一种改进的非自适应坐标变换技术，克服了原有变换的缺陷，有效提高了计算精度和速度，并减少了计算机内存的占用。     

色貌模型的人工神经网络方法的研究

色貌模型(CAM)主要解决不同观察条件、不同背景和不同环境下的颜色真实再现问题。采用人工神经网络(ANN)的方法来实现目前最新的色貌模型CIECAM02的预测,包括正向预测(从色度参数到色貌属性参数)和逆向预测(从色貌属性参数到色度参数),应用自然色系统(NCS)中的部分色样作为神经网络的训练和测试样本。由于正向输出色貌属性参数空间不是均匀的,对于网络预测精度用特殊方法评估,而对于逆向模型则可直接利用LAB色差公式评价。测试的结果表明:用神经网络对CIECAM02模型的预测达到了较高的精度。     

湍流扩散火焰局部熄火和再燃现象的PDF模拟

对一个值班湍流CH4／O2／N2射流扩散火焰(Sandia Flame D)进行了数值模拟研究．所采用的数学物理模型包括双尺度的k—ε湍流模型，标量联合的概率密度函数(PDF)输运方程方法，甲烷氧化的ARM简化化学反应机理(包含16种组分，12步总包反应)和欧几里德最小生成树(EMST)小尺度混合模型．将计算结果和实验数据进行了比较，不仅对于平均量，对于标量的散点分布和条件概率密度分布也是如此．计算结果表明文中采用的模型不仅能够预测宏观的火焰结构，而且预测了湍流燃烧中复杂的局部熄火和再燃过程．     

高能激光准直传输远场斯特雷尔比与数值验证

利用扩展惠更斯-菲涅耳原理对高能激光在大气中的传输进行了分析,获得了高能激光准直传输轴上及峰值斯特雷尔比的积分表达式,并使用激光大气传输四维仿真程序对该表达式的适用范围进行了分析及数值模拟验证。结果表明,积分表达式可以很好地适用于无自适应光学系统补偿时的高能激光湍流热晕传输问题,可以用于自适应光学系统补偿时弱热晕条件下的湍流热晕角非等晕问题和弱热晕及中等热晕条件下的湍流热晕聚焦非等晕问题。     

大气对激光武器系统的影响分析

强激光的大气传输效应是影响激光武器系统性能的重要因素。通过理论分析和数值计算表明,光功率衰减主要跟能见度有关,而光束辐照面积的增加主要是由湍流和热晕的强度决定的。激光武器系统仅适用于中低强度湍流和热晕,除此之外,在其它条件下,激光武器系统的作用距离将大大受限。