实际大气中激光闪烁的概率分布

根据湍流大气激光对数强度的最低几阶中心矩建立了一种最大似然概率分布模型,该模型可以方便和准确地描述实际概率分布,根据实验结果分析了激光地数强度的概率分布的偏斜度和陆峭度的特征。发现在弱起伏条件下,对数强度的概率分布一般接近于正态分布,当偏离正态分布时,概率密度分布的偏斜度总为负,陆峭度总是为正。     

地物散射和大气湍流导致的激光闪烁统计

通过分析大气湍流和地物散射对传输激光束的调制机理，运用双随机统计理论研究了空－地－空传输路径空载探测器接收到光闪烁统计问题。闪烁统计由大气湍流和地物（岩石，海洋和森林等）散射的联合效应给出，分析中采用最速下降法处理概率积分，获得了与岩石，海洋和森林二大类地物散射体对应的闪概率密度函数，广义Ｃｈｉ－Ｓｑｕａｒｅｄ地面散射与大气湍流综合调制效应明显地压缩了概率分布的宽度并使分布函数的峰值移向归一化强度     

激光大气闪烁的间歇特征

以小波变换法观察了湍流大气中激光光强起伏的间歇特征, 并用奇性测度进行了定量的描述。根据间歇性参量的周日变化规律发现：激光大气闪烁的间歇性存在于所有的时间和起伏条件下,并且保持稳定,间歇性参量约为0.1,基本不随起伏条件和时间变化。     

激光大气闪烁的间歇特征

 以小波变换法观察了湍流大气中激光光强起伏的间歇特征, 并用奇性测度进行了定量的描述。根据间歇性参量的周日变化规律发现：激光大气闪烁的间歇性存在于所有的时间和起伏条件下,并且保持稳定,间歇性参量约为0.1,基本不随起伏条件和时间变化。     

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。     

激光大气闪烁的高频谱特性

 采用三波长闪烁仪进行了大气边界层的光传输实验,结果表明：在相同的传播条件下,非平面波激光大气闪烁功率谱的高频部分与波长存在着一定的关系,功率谱无标度区间的斜率即标度指数是一个与湍流强度、波长等因素有关的函数,在满足弱起伏的条件下,标度指数一般与波长呈负相关,波长愈长则标度指数愈小,频谱下降的趋势愈快;波长愈短则标度指数愈大,频谱下降的趋势愈慢。     

THz波的小波变换频谱分析

将小波变换引入THz波时域光谱技术.将水蒸气的THz波时域信号通过小波变换转化为二维的时间-频率平面，得到了和文献报道数据相一致的水蒸气的吸收谱线.同时发现了THz波频谱的时域分布特性，这将有利于进一步研究THz波与物质相互作用的内在机理. 关键词： THz波 频谱分析 小波变换     

探测大气湍流的光强闪烁激光雷达

基于残余光强闪烁理论,分析了与大气湍流探测有关的激光雷达各项硬件参数并获得参数的优化范围,据此研制了一台用于大气湍流探测的光强闪烁激光雷达。背景基线、线性特征等性能测试表明,激光雷达各硬件工作正常,数据获取可靠。实验测量中获得了水平方向上闪烁指数和大气折射率结构常数随探测距离和时间的变化趋势,其中闪烁指数在450~2000 m探测距离范围内由0.001逐渐增大至0.350左右;大气折射率结构常数基本保持水平均匀性,在1.010-16~1.010-15m-2/3范围之内;大气折射率结构常数在10:00~21:00时间内大致呈现上午上升、下午下降、晚上上升的变化趋势,具有较明显的日变化特征。实验结果与理论和常规测量较为相符,表明光强闪烁激光雷达能够获取大气湍流的探测距离变化和日变化特征信息。     

探测大气湍流的光强闪烁激光雷达

基于残余光强闪烁理论,分析了与大气湍流探测有关的激光雷达各项硬件参数并获得参数的优化范围,据此研制了一台用于大气湍流探测的光强闪烁激光雷达。背景基线、线性特征等性能测试表明,激光雷达各硬件工作正常,数据获取可靠。实验测量中获得了水平方向上闪烁指数和大气折射率结构常数随探测距离和时间的变化趋势,其中闪烁指数在450~2000 m探测距离范围内由0.001逐渐增大至0.350左右;大气折射率结构常数基本保持水平均匀性,在1.010-16~1.010-15m-2/3范围之内;大气折射率结构常数在10:00~21:00时间内大致呈现上午上升、下午下降、晚上上升的变化趋势,具有较明显的日变化特征。实验结果与理论和常规测量较为相符,表明光强闪烁激光雷达能够获取大气湍流的探测距离变化和日变化特征信息。     

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。     

实际大气中激光强度起伏的全年统计特征

对实际湍流大气中的激光强度起伏了系统的实验观测,详细分析了光强起伏的强度概率密度分布与功率谱的统计特征及春周日,全年变化规律。同时分析了探测器件的饱和铲应结果的影响。     

复杂传播路径条件下激光光强起伏特性研究

对复杂地形情况下实际湍流大气中的激光强度起伏进行了系统的实验观测,分析了光强起伏统计特征的周日及全年变化规律。结果发现：复杂地形情况下实际湍流大气中的激光光强起伏,不论是概率密度分布还是其功率谱等统计特征均与理论上的偏离很大。     

Analysis of Inner-Scale Effect on Atmosphere Scintillation for Infrared Laser Beam Propagating on Earth-Space Paths

On Earth-space paths, based on ITU-R C_n² (h) model, by means of a modification of the Rytov method that incorporates an amplitude spatial frequency filter function under strong fluctuation conditions, considering atmospheric turbulence inner-scale, an expression is developed for the scintillation index of a visible or a near and middle infrared laser beam wave that is valid under moderate to strong irradiance fluctuations. The quantitative analyses of scintillation index are done by this analytic model for laser Gaussian collimated beam wave at visible or near and middle infrared wave band. The results agree with theoretic analysis scintillation. This scintillation model can be converted into a Gaussian beam wave model with finite inner-scale on horizontal sight paths of invariable C_n².     

湍流路径积分参量与湍流大气中光的传播效应

根据光波在湍流大气中传播的理论分析了弱起伏条件下决定光波传播效应的折射率结构常数Ｃ＾２ｎ的各种路径积分参量之间的关系，导出了由光波的强度起伏所确定的等效折射率结构常数对计算大气相干长度与光波的到达角起伏，光束的扩展及漂移的相对偏差的表达式。针对折射率结构常数Ｃ＾２ｎ具有周期性，递减，递增和随     

Study of Scintillation for Infrared Laser Beam Propagating in Atmospheric Turbulence on Earth-Space Paths

On earth-space paths, by applying a modification of the Rytov method that incorporates spatial frequency filter function under strong atmosphere fluctuation conditions, a tractable model is developed for the scintillation index of infrared laser Gaussian beam wave that is valid under moderate-to-strong irradiance fluctuations. At Infrared band, based on ITU-R C ² _n model, the scintillation indexes for collimation laser beam are predicted by this analytic model. The results agree with theoretic expected scintillation. This scintillation model can be converted into a plane or a sphere wave scintillation index model on earth-space paths, and also reduced to a Gaussian beam wave model on horizontal sight paths of invariable C ² _n.     

激光湍流大气传输数值模拟中计算参量的选取

根据抽样原则、湍流介质特性、湍流效应和光传播效应等全面分析了网格间距、相屏间距和网格数目等关键计算参量选取的基本要求.通过数值计算,分析各种要求的可行性,表明在具体的数值模拟过程中,并非所有要求都能同时满足,若严格按照要求选择计算参量,所需的计算量常超出计算机负荷范围.结合具体数值计算,综合考虑计算机承受能力和计算准确度,给出了一种可靠实用的计算参量选取思路和方案.     

湍流大气中高斯谢尔光束的波前位错

在Rytov近似下,通过引入短期统计平均位错位置的概念,研究了高斯谢尔光束通过近地面弱湍流大气传播时,波前圆形位错形成和位错位置与湍流大气起伏强度和传播距离等参数间的关系.基于湍流大气中平行和交叉双光束的简化近似传输模型,研究了湍流大气中传播高斯谢尔光束波前位错位置与大气湍流强度、传输距离等参数间的相关机制.在远小于光波位相起伏周期的条件下,分别得出了束径不同同轴双光束和交叉双光束传播情况下波前圆位错位置的湍流系综统计平均理论关系.所得结果表明,同轴平行光束干涉和交叉光束干涉所产生的光束波前位错受大气湍流强度、传输距离等参数调制的规律是不同的.     

Scintillation of partially coherent Gaussian–Schell model beam propagation in slant atmospheric turbulence considering inner- and outer-scale effects

Based on the modified Rytov theory and the international telecommunication union-radio （ITU-R） slant atmospheric structure constant model, the uniform scintillation index of partially coherent Gaussian-Schell model （GSM） beam propa- gation in the slant path is derived from weak- to strong-turbulence regions considering inner- and outer-scale effects. The effects of wavelength of beams and inner- and outer-scale of turbulence on scintillation are analyzed numerically. Compar- ison between the scintillation of GSM beams under the von Karman spectrum and that of beams under the modified Hill spectrum is made. The results obtained show that the scintillation index obtained under the von Karman spectrum is smaller than that under the modified Hill spectrum. This study can find theory bases for the experiments of the partially coherent GSM beam propagation through atmospheric turbulence.