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。     

艾里光束的光强闪烁研究EI北大核心CSCD

基于Rytov方法并采用von-Karman模型对艾里光束的光强闪烁进行了分析。根据接收器接收面上光强度分布不均匀的现象,提出了艾里光束的面光强闪烁模型,推导了艾里光束在大气湍流中的面光强闪烁的表达式。数值仿真结果表明:当光束宽度一定时,相同光束传播距离下指数截断因子越小,光强闪烁越小;当传播距离为3km、指数截断因子为0.2时,艾里光束的宽度约为1.6cm,光强闪烁最小。此外,光源强度和接收光强相同时,将艾里光束与高斯光束进行了对比,发现艾里光束的光强闪烁小于高斯光束的光强闪烁。     

部分相干光通过强湍流对光强闪烁的影响

在Rytov方差的基础上，利用Andrews的唯像闪烁模型，推导出部分相干光通过强大气湍流后的对数光强起伏方差，并在此基础上进行了仿真。结果表明：与光源的相干性变差，即变为部分相干光后，对数光强起伏方差变小；当采用多束部分相干光通过大气湍流时，接收面上光强起伏方差得到明显改善，而且光束越多，改善越明显。但利用部分相干光通信时，传输距离受限制，所以，光源的相干参数选择要适当。     

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。     

信号光束宽度对不同漂移误差的空间光通信系统误码率影响的研究

信号光束宽度直接影响着空间光通信系统误码性能,光束宽度的选择需要综合考虑多种因素。研究了激光在大气湍流中的光束漂移、光强闪烁和平均光强与光束宽度的关系,得到考虑漂移因素的光强闪烁和平均光强与光束宽度的关系。分析表明在弱湍流条件下,光强闪烁和平均光强与光束宽度和对准精度相关,讨论了在水平路径上未跟踪补偿和跟踪补偿的光束的光强闪烁和平均光强随光束宽度的变化趋势。利用数值方法得到光强闪烁最小、平均光强最大时的光束宽度取值区间,通过光强概率分布关系和实际应用要求实现了光束宽度的优化选取。结果表明,在相同系统信噪比情况下,跟踪光束与未跟踪光束相比,系统误码率低,光束宽度值相对较小,取值区间大。     

部分相干光在大气湍流中的光强闪烁效应

以修正Rytov方法为基础,利用部分相干高斯-谢尔(GSM)光束模型并结合Andrews的唯像闪烁模型,研究部分相干光在大气湍流中的光强闪烁效应。推导出适用于不同湍流情形的部分相干光对数光强起伏方差表达式,系统分析了部分相干光在大气湍流中的光强起伏方差。结果表明:在同等的湍流环境下,部分相干光比完全相干光的光强起伏方差要小;光束相干性越差,光强起伏越小,抗湍流能力越强。在不同大气湍流情形下,光源相干性、大气折射率常数等参数对光强起伏都有不同程度的影响。     

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。     

兰州地区光强分布及其起伏特性研究

在兰州地区夜间进行了链路长为610m的激光传输实验,研究了高斯激光在不同天气条件下的光强分布及其起伏特性.采用三维伪彩色变换方法,分析了光斑光强的空间分布规律,得到了光斑主瓣光强服从类高斯分布,并按照晴天、多云天、阴天的顺序,光斑几何中心位置附近光强分布的陡峭度依次减小,而其衰减则依次增大的结论.同时,利用实测光强值分析了大气闪烁指数,结果表明:晴天、雨后晴天和阴天下的闪烁指数分别为0.225 4、0.189 2、0.188 8,这说明晴天下的光强起伏大于雨后晴天和阴天的,且均为弱起伏.通过对归一化光强的频数分布进行非线性拟合得到了光强的概率密度分布,它们均服从对数正态分布,其中晴天下的概率密度曲线的拟合优度更是达到了0.997 50.     

城市路径下激光光强起伏特性测量及链路余量估算

 在城市环境下进行了3.5 km的激光大气传输实验。实验中对光强起伏和到达角起伏进行了同步测量,分析了接收光强起伏的统计特性以及传输路径上大气折射率结构常数的特性。基于实验结果,对自由空间光通信中不同闪烁指数下的衰落冗余以及不同探测阈值下的衰落概率进行了估算,从而为空间光通信系统的设计提供可靠的实验基础。     

城市路径下激光光强起伏特性测量及链路余量估算

在城市环境下进行了3.5 km的激光大气传输实验。实验中对光强起伏和到达角起伏进行了同步测量,分析了接收光强起伏的统计特性以及传输路径上大气折射率结构常数的特性。基于实验结果,对自由空间光通信中不同闪烁指数下的衰落冗余以及不同探测阈值下的衰落概率进行了估算,从而为空间光通信系统的设计提供可靠的实验基础。     

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。     

湍流内尺度对光波起伏频谱的影响

在不同湍流内尺度情况下,对大气湍流引起的光波光强闪烁和到达角起伏的时间频谱特征进行了实验研究。由于实际大气湍流的复杂性和不可控性,利用大气湍流模拟箱来生成具有不同内尺度的大气湍流实验环境。利用位置敏感探测器对光波的光强闪烁和到达角起伏进行了同时测量,并反演得到了光传输路径上的湍流内尺度。实验结果显示：湍流内尺度为2.7~5.0 mm,对应同一湍流内尺度,闪烁频谱和到达角起伏频谱在高频段以相同的幂指数关系下降,幂指数的绝对值与湍流内尺度的大小呈线性关系,随着内尺度的增大,频谱指数变化区间逐渐向低频方向移动。     

激光在湍流大气中传输的闪烁系数及其测量

 理论研究了激光光束经过湍流大气后闪烁系数的变化规律,以ARM7的嵌入式系统构建数据采集模块,在采集激光光强因为大气湍流影响而变化的数据的基础上对存储的数据使用闪烁系数数学模型进行运算,运算结果通过网络传输,由PC端的界面显示变化曲线,从而了构造一个可以感测大气湍流的远程探测系统。用转动的相位板模拟湍流大气,利用所开发的测试系统测量激光光束通过湍流大气后的闪烁系数。实验结果显示高斯光束在湍流大气中的闪烁系数随传输距离的增加而增大,与理论模拟结果基本相符。由此可见该系统工作可靠稳定,可实时测量激光光束经过湍流大气的闪烁系数。     

激光在湍流大气中传输的闪烁系数及其测量

理论研究了激光光束经过湍流大气后闪烁系数的变化规律,以ARM7的嵌入式系统构建数据采集模块,在采集激光光强因为大气湍流影响而变化的数据的基础上对存储的数据使用闪烁系数数学模型进行运算,运算结果通过网络传输,由PC端的界面显示变化曲线,从而了构造一个可以感测大气湍流的远程探测系统。用转动的相位板模拟湍流大气,利用所开发的测试系统测量激光光束通过湍流大气后的闪烁系数。实验结果显示高斯光束在湍流大气中的闪烁系数随传输距离的增加而增大,与理论模拟结果基本相符。由此可见该系统工作可靠稳定,可实时测量激光光束经过湍流大气的闪烁系数。     

用于测量高功率激光远场光强空间分布的小畸变光强衰减与成像系统研究

介绍了用于测量星光装置激光远场空间分布的高衰减倍率与成像系统。它是高功率激光产时监测系统的组成部分。衰减器减倍数可以在１０＾－２－－１０＾－１２间变化，衰减成 给定条件下引入的附以像差被控制在２倍衍射极限之内，总的波像差小于２λ／３。     

激光通信中大气闪烁引起探测噪声的计算机模拟

大气瑞流效应是光通信系统中不可忽视的一个重要问题，主要表现为大气闪烁，光束抖动、光束漂移等，这些现象都给探测系统带来附加噪声，使系统的接收灵敏度下降，本文主要讨论激光大气传输中强度闪烁效应（大气闪烁效应）的理论基础，以及强度闪烁的计算机模拟。     

沙尘天气下大气能见度对激光光强的影响

基于米氏理论,分别研究了不同波长的激光信号在沙尘天气中发生单次散射和多次散射时光强与能见度间的变化关系.推导出发生单次散射时光强与能见度间的解析表达式,同时采用蒙特卡洛方法分析了发生多次散射时光强与能见度间的关系,并与单次散射时的结果进行对比.结果表明:在激光信号波长固定时,接收光强会随着沙尘能见度的增大而增加,并趋于稳定值;在能见度固定时,接收光强会随着激光信号波长的增大而减小;随着传输距离的增加,多次散射的影响会越来越明显.     

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。