湍流大氣中激光波束目標(biāo)回波特性.pdf

1、湍流大氣中激光波束目標(biāo)回波特性對激光雷達(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。本文主要利用 Rytov理論、廣義惠更斯-菲涅爾原理和等效參數(shù)法,研究了湍流大氣中高斯波束和高斯-謝爾波束照射漫射平面、高斯粗糙面、角反射器以及角反射器陣列回波的二階和四階統(tǒng)計(jì)特征。主要成果如下:
　　1.在分步傅立葉算法中引入了高頻濾波函數(shù),有效降低了強(qiáng)發(fā)散波束傳輸模擬過程中邊界反射效應(yīng)造成的高頻噪聲。數(shù)值模擬了湍流大氣中高斯波束和

2、高斯-謝爾波束斜程及雙程傳輸過程?；诘玫降墓獍邩颖?計(jì)算了光場相干長度和慢速探測閃爍指數(shù),結(jié)果同Rytov方法理論值相吻合。分析了波源非相干度、目標(biāo)粗糙度等因素對波束統(tǒng)計(jì)特性的影響,比較了斜程路徑上行、下行傳輸以及雙程路徑單站、雙站接收模式下波束統(tǒng)計(jì)特性的差別。
　　2.根據(jù)廣義惠更斯-菲涅爾原理,分別研究了湍流大氣中平面波與球面波照射硬邊漫射圓盤以及高斯波束照射無限大漫射平面的回波統(tǒng)計(jì)特性。對于第一種模型,考慮了后向增強(qiáng)效應(yīng)的

3、影響,推導(dǎo)了單站回波場的互相干函數(shù)、平均強(qiáng)度、后向增強(qiáng)系數(shù)、強(qiáng)度協(xié)方差、強(qiáng)度方差以及殘余閃爍指數(shù)的計(jì)算公式,討論了目標(biāo)尺寸、湍流強(qiáng)度及路徑傾斜角度對回波統(tǒng)計(jì)特性的影響。對于第二種模型,忽略了后向增強(qiáng)效應(yīng)的影響,推導(dǎo)了回波的相干長度和歸一化強(qiáng)度方差公式,分析了發(fā)射波束初始相干度、波束半徑、焦距對回波特性的影響。
　　3.把等效參數(shù)法推廣到高斯-謝爾波束雙程傳輸問題上,建立了湍流大氣中高斯-謝爾波束照射粗糙圓盤的回波相干度函數(shù)及閃爍指

4、數(shù)的表達(dá)式,討論了相干長度和閃爍指數(shù)隨著發(fā)射波束半徑、相干度以及目標(biāo)半徑、粗糙度的變化規(guī)律。把等效參數(shù)法和修正 Rytov方法相結(jié)合,對弱湍流中粗糙面回波閃爍指數(shù)進(jìn)行了修正,建立了任意湍流強(qiáng)度中回波在軸閃爍指數(shù)公式。研究了高斯-謝爾波束照射粗糙圓盤情況下回波在軸閃爍指數(shù)隨著湍流強(qiáng)度的變化規(guī)律。結(jié)果表明,粗糙目標(biāo)回波閃爍指數(shù)在強(qiáng)湍流中不趨向1。
　　4.利用ABCD傳輸矩陣和廣義光譜表示法,研究了湍流大氣中角反射器目標(biāo)回波的平均強(qiáng)度

5、、相干度函數(shù)、閃爍指數(shù)等統(tǒng)計(jì)特性隨著波源半徑和反射器半徑的變化規(guī)律,同時(shí)給出了平面鏡的相應(yīng)結(jié)果做為對比。利用復(fù)高斯函數(shù)分解法,建立了硬邊孔徑角反射器互相干函數(shù)表達(dá)式,發(fā)現(xiàn)二階矩隨著角反射器半徑的增加會出現(xiàn)強(qiáng)烈的震蕩。把濾波函數(shù)法推廣,計(jì)算了角反射器被高斯-謝爾波束照射的回波相干長度和閃爍指數(shù)。
　　5.基于單個(gè)角反射器單元的點(diǎn)目標(biāo)近似,建立了湍流大氣中處于離軸位置的單個(gè)角反射器在任意入射角情況下回波的平均強(qiáng)度和后向增強(qiáng)系數(shù)公式。利