湍流大氣中折返路徑激光傳輸實(shí)驗(yàn)與仿真研究.pdf

1、湍流大氣中折返路徑激光傳輸實(shí)驗(yàn)與仿真研究對了解和掌握以光學(xué)湍流強(qiáng)度的時(shí)空分布以及特征尺度為表征的空間結(jié)構(gòu)特征，并獲得對光波大氣傳輸湍流效應(yīng)的定性和定量的描述十分有必要，同時(shí)該研究在激光雷達(dá)探測、制導(dǎo)、對抗等領(lǐng)域具有重要的學(xué)術(shù)意義和廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
　　本文主要采用紅光激光器、3M微晶棱鏡陣列反光膜和長焦高速CCD構(gòu)建的折返路徑激光成像探測系統(tǒng)，進(jìn)行典型天氣條件下湍流大氣中1km傳輸路徑上的激光光斑回波成像探測實(shí)驗(yàn)，并配備激光閃爍儀

2、和大氣相干長度儀實(shí)時(shí)監(jiān)測湍流參數(shù)。對激光大氣傳輸中的若干基本問題分別進(jìn)行了初步探討:直觀分析了激光回波光斑圖像強(qiáng)度分布，比較了在不同湍流強(qiáng)度下折返路徑激光光斑形態(tài)差異;利用一定時(shí)間段內(nèi)的光斑圖像分析了光斑強(qiáng)度概率密度分布;進(jìn)一步研究了湍流效應(yīng)下接收孔徑內(nèi)閃爍指數(shù)隨接收孔徑與接收位置的變化關(guān)系;同時(shí)將依據(jù)該閃爍指數(shù)推算出的湍流折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)與實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行比對分析，利用該方法所得的湍流折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)與激光閃爍儀實(shí)測值在變化趨勢上具有良好

3、的一致性。
　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建立了完整的激光傳輸鏈路仿真模型，采用分步傅里葉變換算法模擬了湍流大氣中高斯波束水平路徑上單程與雙程傳輸過程，對模擬得到的大量激光光斑進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行了比較，分析了鏈路模型的選取以及湍流強(qiáng)度、目標(biāo)粗糙度等因素對波束統(tǒng)計(jì)特性的影響，并比較了單程與雙程路徑下波束統(tǒng)計(jì)特性的差別。
　　本文建立起來的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不僅可用于觀測受大氣湍流影響的完整的遠(yuǎn)場激光光斑，并且通過定量化理論建模，可成為一種單