大气湍流影响星地相干激光通信的数值仿真

由于解析法在研究相干光通信的相位补偿等问题中存在困难,采用多层相位屏分步传输的数值仿真方法研究大气湍流对星地相干光通信下行传输的影响。首先建立了卫星地面之间的大气湍流中激光传输的仿真模型,可以实现不同天顶角和不同湍流条件下的光传输仿真计算。然后用其进行地球同步轨道(GEO)卫星下行光通信的数值仿真分析,并通过与理论值的对比来检验算法的可靠性。最后结合二进制相移键控(binary phase shift keying, BPSK)相干激光通信系统的误码率（bit error rate, BER）模型,计算分析了下行激光通信信号的衰落系数和BER。     

星地链路激光通信地面站址选择及大气影响研究

综合考虑我国方量的地理分布和气候特点,提出了一项星地激光通信的地面多址布站方案,仿真分析了大气散射引起的衰减及大气湍流对星地链路的影响。利用卫星工具包(STK)软件分析了地球静止轨道(GEO)卫星与5个地面站的链路特性。结果表明,西藏的阿里站同时具有最理想的经度和纬度,地平角为52°,最有利于开展星地激光通信。在一定天气条件下,随着波长的增加,对应的散射引起的功率衰减减小;随着能见度的降低,大气散射引起的光功率平均衰减增加;随着地平角的升高,大气引起的功率平均衰减减小;波长越长,闪烁指数越小;随着接收孔径直径的增大,闪烁指数快速减小;随着海拔高度的增加,闪烁方差减小。该研究为星地激光通信外场实验提供了一定的理论依据。     

基于FSO系统极化码的改进译码方案研究

针对服从对数正态分布的大气弱湍流信道模型,选用极化码来改善FSO系统传输性能。引入一种基于3×3核心矩阵的置信传播(BP)译码方法,对核心矩阵、码字长度、以及基本单元计算式进行了改进。对比采用新型BP译码方法与传统BP译码方法的FSO系统误码率性能。仿真实验结果表明,改进型BP译码方法与传统BP译码方法相比有着更低的误码率。由于系统构造的原因,改进型BP译码占用的存储空间较少、译码延迟时间短,在码长较长的情况下,对FSO系统传输性能有较大的提升。     

环形光束大气传输数值模拟与分析

为了研究大气湍流对环形光束激光工程应用的影响,采用多相位屏数值模拟的方法对环形光束在大气湍流中的传输进行了仿真模拟。通过改变大气湍流强度、传输距离等参数,定量计算了不同传输条件下质心漂移均方根、远场目标的焦平面平均功率密度,给出环形光束传输路径上特征距离解析式并分析了大气湍流对环形光束远场平均光强分布的影响。结果表明,环形光束在大气湍流中传输时光斑质心漂移随湍流效应（湍流强度或传播距离）增强而增大,远场光束质量随遮拦比增大而降低。遮拦比小于0.5时,大气湍流对光束质量的影响较为明显。环形光束大气传输数值模拟方法,可为高能激光武器等激光工程应用的理论分析和效能评估提供依据。     

偏振部分相干激光在大气传输中的退偏特性

基于广义Huygens-Fresnel原理,利用Collins公式,讨论了偏振部分相干激光波束在湍流大气中传输的交叉谱密度函数,推导出经过偏振后的高斯-谢尔模型光束(GSM)在外场不同距离水平传输时波束偏振度的解析表达式。对偏振激光在大气湍流中传输时光束的退偏变化进行数值仿真,得到相同传输距离下,不同的偏振角和初始束腰宽度对光束偏振度的影响;同时分析了不同波长激光的退偏现象以及相同的偏振角度下,不同的初始束腰宽度对波束偏振度的影响。研究结果表明,不同的偏振角对波束的退偏不产生影响;波长越大,波束在大气湍流中传输出现退偏的现象越迟缓;初始束腰越大,大气湍流对波束的退偏影响越快。由此得出:偏振部分相干激光波束比部分相干激光波束在大气湍流中传输的退偏变化更具有规律性和稳定性,退偏现象表现得更加持久,并且初始束腰宽度的变化对偏振部分相干激光偏振度产生影响,但对部分相干波束偏振度的变化几乎不产生任何影响。     

湍流对部分相干环状光束空间相干性的影响

基于广义惠更斯一菲涅耳原理,并采用Rytov相位结构函数二次近似的方法,推导出了部分相干环状光束通过湍流大气传输时,其光谱相干度的解析公式,并研究了光束的空间相干特性.研究表明,部分相干环状光束通过自由空间传输时其光谱相干度会出现振荡和相位奇异现象,且光束遮拦比ε越大振荡越厉害.但是,随着湍流的增强,其振荡逐渐减弱直至消失,不同ε的光谱相干度曲线相接近,并呈类高斯分布.光束遮拦比ε越大的部分相干环状光束其空间相干性受湍流影响越小.此外,在自由空间中,若光束相干参数α较小,随ε的变化光谱相干度二阶矩宽度wc.可大于或小于其光谱强度二阶矩宽度wi,且临界值ε0随α的增大而增大;随着α的增大,则无论ε取何值都有wc＞wi.然而,当湍流增强到一定程度,总是有wc＜wi.     

湍流强度对激光大气传输及其自适应光学校正的影响

利用激光大气传输及其相位校正四维程序,计算了不同的发射和传输条件对平台聚焦光束水平大气传输及其自适应光学校正的影响。结果表明:自适应光学系统开环时,在弱湍流效应条件下,以D／r_0为特征参量可以很好地表征湍流效应的强弱,SR值满足关系式SR=exp[-0．2(D／r_0)2],不考虑系统像差时,光束质量因子满足关系式β2=1 1．2(D／r_0)2;随着湍流强度或传输距离的增加,要考虑闪烁效应和相位不连续性对光束质量的影响,以D／r_0为特征参量就不足以表征湍流效应的强弱。另外,对于不同的发射和传输条件,自适应光学系统对激光大气传输的校正范围是不同的,且存在一阈值,条件不同其阈值是不同的。     

带初相位分布的径向基模激光束列阵在湍流大气中的传输特性研究

利用相干叠加原理和广义Huygens-Fresnel 衍射积分公式,理论上研究了具有确定初始相位排列的激光束列阵通过大气湍流的传播特性.发现在近距离的传输过程中,列阵光束的光强分布会出现螺旋状分布（即光学涡旋）.但由于大气湍流的影响,光束列阵远场涡旋特性随着传输距离的增加逐渐消失,成为无旋涡的实心光束;且当大气湍流变弱时,旋涡特性的有效传输距离逐渐变长. 关键词： 大气湍流 涡旋     

基于滑移网格与RNG湍流模型计算泵内的动静干扰

本文利用三维Navier-Stockes方程和RNG湍流模型,在转动与静止部件间采用滑移网格技术建立交互界面,对泵内动静干扰引起的三维非定常湍流进行了计算,得到了旋转叶轮与固定导叶间流体的湍流特征。从计算结果可知,静叶与动叶间各点的压力脉动频率成分一致,且幅值沿周向呈正弦变化规律。这说明利用滑移网格技术及RNG湍流模型,可以模拟三维非定常动静干扰流动问题。     

自适应光学系统对实际大气湍流波前的时域校正效果

引入时域校正因子（系统团环校正波前残余误差与系统开环时的湍流波前扰动误差之比）和系统测量信噪比,分析了自适应光学系统对实际大气湍流扰动的时域校正效果与湍流功率指数、湍流功率谱转折频率、系统测量信噪比、系统时间延迟以及系统闭环带宽的关系,并给出了系统的最佳闭环带宽。此外还分析了弱光61单元自适应学系统的时域校正效果。