弱风条件下斜程海洋湍流中涡旋光束的传输特性 被引量：1

1

作者 吴鹏飞 李成毓 +2 位作者 雷思琛 谭振坤 王姣 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期148-158,共11页

光束在海洋介质中传输会极大地受到海洋湍流的影响。此外,涡旋光束轨道角动量的复用会极大地提高系统容量,因此研究涡旋光束在海洋湍流中的传输具有重要意义。在水平海洋湍流理论基础上,创新性地构建了斜程路径上海洋湍流相位屏模型,以... 光束在海洋介质中传输会极大地受到海洋湍流的影响。此外,涡旋光束轨道角动量的复用会极大地提高系统容量,因此研究涡旋光束在海洋湍流中的传输具有重要意义。在水平海洋湍流理论基础上,创新性地构建了斜程路径上海洋湍流相位屏模型,以相位结构函数为依据验证了海洋湍流相位屏的准确性,根据多相位屏法搭建准直高斯涡旋光束在海洋湍流中的上行传输链路模型。数值模拟并分析了不同天顶角、海洋湍流内外尺度及拓扑荷数等其他海洋湍流参数对准直高斯涡旋光束经海洋湍流上行传输的光强及相位分布、光束漂移、轴上闪烁指数和长曝光光斑半径的影响。结果表明:涡旋光束的拓扑荷数越小、天顶角越小,光束受到湍流的影响越大;在海洋湍流上行传输链路中,准直高斯涡旋光束的光束漂移、轴上闪烁指数及长曝光光斑半径随海洋湍流外尺度的增大而增大,且主要受传输距离的影响;理想情况下,取海洋湍流外尺度为无穷大,会高估湍流对光束的影响;由于涡旋光束的本身特性,拓扑荷数对光强及相位分布和长曝光光斑半径的影响也较为显著。 展开更多

关键词 海洋光学 斜程海洋湍流 相位屏 轴上闪烁指数 光束漂移 长曝光光斑半径

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地空激光大气斜程传输湍流效应的数值模拟分析 被引量：20

2

作者 钱仙妹 朱文越 饶瑞中 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2008年第5期787-792,共6页

大气湍流效应是制约各种激光工程应用的重要因素之一。采用多层相位屏的模拟方法,针对地空激光大气的长距离斜程传输进行了大量数值模拟,通过变化天顶角、光束初始半径和激光波长等传输条件,定量分析了光束的有效半径、相对真空扩展倍... 大气湍流效应是制约各种激光工程应用的重要因素之一。采用多层相位屏的模拟方法,针对地空激光大气的长距离斜程传输进行了大量数值模拟,通过变化天顶角、光束初始半径和激光波长等传输条件,定量分析了光束的有效半径、相对真空扩展倍数、光斑质心漂移均方根和63.2%环围能量的平均功率密度等统计参量在不同传输条件下受湍流的影响程度和变化规律。结果表明:天顶角越大,湍流效应越强,光束受到湍流的影响越大;波长越短,光束受到湍流的影响越强;光斑的漂移随光束初始半径的增大而减小,且与波长无关;在湍流效应和衍射效应的综合作用下,光束有效半径和63.2%环围能量的功率密度随波长和光束初始半径均不是单调变化。这可为激光工程应用提供一定的理论分析和性能预测依据。 展开更多

关键词 光传播 地空斜程传输 湍流效应 数值模拟

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湍流大气中光波闪烁的斜程问题研究 被引量：9

3

作者 吴振森 骆志敏 +1 位作者 郭立新 赵振维 《电波科学学报》 EI CSCD 2002年第3期254-257,268,共5页

根据光波斜程传输理论以及随高度变化的ITU R湍流大气结构常数模型 ,将水平传输的修正Rytov方法扩展到了斜程传输问题中。在零内尺度湍流谱模型下 ,得到了平面波入射时从弱起伏湍流区到强起伏湍流区闪烁指数随斜程Rytov方差的变化规律 ... 根据光波斜程传输理论以及随高度变化的ITU R湍流大气结构常数模型 ,将水平传输的修正Rytov方法扩展到了斜程传输问题中。在零内尺度湍流谱模型下 ,得到了平面波入射时从弱起伏湍流区到强起伏湍流区闪烁指数随斜程Rytov方差的变化规律 ,最后讨论了闪烁指数随天顶角的变化情况。 展开更多

关键词 湍流大气 光波 闪烁 斜程传播 修正Rytov解

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星地斜程大气信道激光通信可通率研究 被引量：5

4

作者 娄岩 陈纯毅 +4 位作者 姜会林 赵义武 韩成 佟首峰 付强 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第11期1378-1383,共6页

用STK仿真分析了星地激光通信链路的可见时间和俯仰角。在能见度5 km的城市大气模式下,分别计算了定位于不同经度的2颗GEO卫星对3个城市通信的大气衰减及光强闪烁、到达角起伏等效应,由此分析了晴天、卷积云条件下的大气信道功率损耗,... 用STK仿真分析了星地激光通信链路的可见时间和俯仰角。在能见度5 km的城市大气模式下,分别计算了定位于不同经度的2颗GEO卫星对3个城市通信的大气衰减及光强闪烁、到达角起伏等效应,由此分析了晴天、卷积云条件下的大气信道功率损耗,并通过设置链路最小功率阈值来建立星地间大气信道激光通信链路可通率模型。仿真结果表明,当发射功率为10 W时,对比得出东经75°的GEO卫星地面站可通率较好,晴天能见度大于5 km的平均可通率可达到93%;卷积云时平均可通率可达到66.7%,且3个城市中对海南的可通性最好,为星地激光通信外场实验提供了一定的依据。 展开更多

关键词 航空、航天科学技术 星地激光通信 斜程大气信道 云层 STK 可通率

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大气湍流中激光波束斜程传输的展宽、漂移特性 被引量：12

5

作者 韦宏艳 吴振森 《电波科学学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第4期611-615,共5页

根据推广的Huygens-Fresnel原理推导了不同接收机高度斜程传输情况下波束的扩展半径。同时结合Mellin变换,导出了考虑外尺度情况下准直激光波束漂移方差模型,可以退化到不考虑外尺度时漂移方差。数值计算中应用ITU-R公布的随高度变化的... 根据推广的Huygens-Fresnel原理推导了不同接收机高度斜程传输情况下波束的扩展半径。同时结合Mellin变换,导出了考虑外尺度情况下准直激光波束漂移方差模型,可以退化到不考虑外尺度时漂移方差。数值计算中应用ITU-R公布的随高度变化的大气结构常数模型,结果表明,斜程大气湍流中波束的漂移方差、扩展半径依赖于接收机高度和初始波束半宽。随仰角的增加,波束的有效半径和漂移方差不断减小;累积效应斜程传输波束受大气湍流的影响比水平传输要小得多。 展开更多

关键词 大气湍流 斜程传输 波束扩展 波束漂移

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径向阵列艾里涡旋光在倾斜大气湍流中的漂移特性 被引量：3

6

作者 李怡 楚兴春 +1 位作者 唐翰玲 赵尚弘 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2022年第10期1448-1455,共8页

采用等Rytov指数间隔多相位屏法来模拟径向阵列艾里涡旋光束(RAAVB)沿倾斜路径通过大气湍流时的光斑质心漂移。对比并分析了拓扑荷、天顶角、湍流外尺度和涡旋离轴距离对光束漂移的影响。结果表明:光束在倾斜大气湍流中传播时,相同条件... 采用等Rytov指数间隔多相位屏法来模拟径向阵列艾里涡旋光束(RAAVB)沿倾斜路径通过大气湍流时的光斑质心漂移。对比并分析了拓扑荷、天顶角、湍流外尺度和涡旋离轴距离对光束漂移的影响。结果表明:光束在倾斜大气湍流中传播时,相同条件下,CAAVB的漂移现象比阵列艾里光束受湍流影响更小;相比于天顶角和湍流外尺度,拓扑荷对光束漂移现象影响更大,光束漂移随拓扑荷的增大而减小,随天顶角和湍流外尺度的增大而增大;离轴型RAAVB的漂移现象比轴上型更严重,且漂移随着涡旋离轴距离的增大而增大。 展开更多

关键词 大气光学 大气湍流 倾斜路径 艾里涡旋光束 光束漂移

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湍流大气中部分相干光二阶统计特性的三参数模型及其应用 被引量：1

7

作者 王利国 吴振森 +2 位作者 王明军 王万君 张耿 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2015年第1期317-320,共4页

激光在强湍流中的传输以及斜程传输问题是随机介质波传播研究中的热点,也是难点。文中尝试建立一个可以在任意湍流环境下通用的激光传输二阶矩演化模型。首先利用广义惠更斯-菲涅尔原理及球面波结构函数的二次近似推导了高斯-谢尔波束... 激光在强湍流中的传输以及斜程传输问题是随机介质波传播研究中的热点,也是难点。文中尝试建立一个可以在任意湍流环境下通用的激光传输二阶矩演化模型。首先利用广义惠更斯-菲涅尔原理及球面波结构函数的二次近似推导了高斯-谢尔波束在大气湍流中传输时的互相干函数表达式。建立了波束互相干函数的三参数模型,得到了三参数的递进公式。利用三参数迭代法计算了部分相干波束在强湍流中及斜程传输时的等效波束半径及相干长度。计算结果证明了在强湍流中,相比于直接利用广义惠更斯-菲涅尔原理的计算结果,迭代法得到的等效半径较小,而相干长度较大。在斜程路径上,上行与下行传输激光的统计特性是不同的。 展开更多

关键词 大气光学 广义惠更斯一菲涅尔原理 二阶矩 强湍流 斜程传输

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非均匀步长分步傅里叶算法的改进 被引量：3

8

作者 韩星星 赵丽华 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2018年第6期691-696,共6页

研究了大气湍流中斜程路径上激光波束的传输模拟过程中的步长取值问题。针对分步傅里叶算法中大步长情况下的边界反射问题,首先对已有的吸收边界法进行了数值实验,得到了吸收边界法的步长取值上限。提出了滤波函数法,进一步解放了对步... 研究了大气湍流中斜程路径上激光波束的传输模拟过程中的步长取值问题。针对分步傅里叶算法中大步长情况下的边界反射问题,首先对已有的吸收边界法进行了数值实验,得到了吸收边界法的步长取值上限。提出了滤波函数法,进一步解放了对步长的限制,利用真空中的波束传输模拟,证明了滤波函数法的有效性及其有效区域。结合这两种方法,给出了一种斜程路径上的相位屏设置方式,模拟了激光在此路径上的传输并统计计算了激光光斑的相干长度和闪烁指数。数值结果与理论吻合,证明了滤波函数法可以有效地增大分步算法中步长的上限,从而提升大气湍流中激光波束远距离斜程传输仿真效率。 展开更多

关键词 分步傅里叶算法 大气湍流 吸收边界 滤波函数法 斜程传输

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二种湍流大气光束短期扩展理论的比较 被引量：3

9

作者 张逸新 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2006年第z1期394-398,共5页

通过数值计算斜程大气路径上传输光束的束径短期端流扩展,比较了由基于广义韦更斯-菲涅耳衍射理论导出的光束短期湍流扩展半径 Yura 理论与建立在大尺度湍涡主要产生传输光束偏折(光束抖动)和小尺度湍涡主要导致光束扩展等假设基础上的 ... 通过数值计算斜程大气路径上传输光束的束径短期端流扩展,比较了由基于广义韦更斯-菲涅耳衍射理论导出的光束短期湍流扩展半径 Yura 理论与建立在大尺度湍涡主要产生传输光束偏折(光束抖动)和小尺度湍涡主要导致光束扩展等假设基础上的 Fante 光束短期湍流扩展半径理论间的差异,分析指出 Yura 理论与Fante 理论在不同传输条件下所反映出光束短期扩展的总体规律是一致的,但是在光束扩展增长的趋势、扩展半径与发射散束径间函数等关系细节上存在着较大差异. 展开更多

关键词 大气湍流 光束短期扩展 斜程传输 Yura理论 Fante理论

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斜程大气湍流中激光回波的闪烁指数 被引量：3

10

作者 程玲 韦宏艳 +1 位作者 张洪建 蔡冬梅 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第9期2262-2266,共5页

根据光波斜程传输理论以及随高度变化的ITU-R大气折射率结构常数模型,考虑内尺度及从发射机到目标和从目标到接收机双斜程路径影响的条件下,应用修正Hill湍流折射率起伏功率谱,对反射器目标激光回波闪烁指数进行了研究。推导了回波闪烁... 根据光波斜程传输理论以及随高度变化的ITU-R大气折射率结构常数模型,考虑内尺度及从发射机到目标和从目标到接收机双斜程路径影响的条件下,应用修正Hill湍流折射率起伏功率谱,对反射器目标激光回波闪烁指数进行了研究。推导了回波闪烁指数随菲涅耳率的变化关系,数值分析了不同内尺度、传输距离、激光波长以及目标高度对回波闪烁指数的影响。结果表明:内尺度和目标高度对回波闪烁指数的影响要远大于波长和传输距离的影响。 展开更多

关键词 大气光学 斜程湍流 目标回波 闪烁指数 修正Hill谱

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湍流尺度和相干参数对传输光强的影响 被引量：1

11

作者 毛鑫峰 吴昊 +2 位作者 覃万富 周鹏 顾金林 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期100-106,共7页

文章利用交叉谱密度函数得到了部分相干光的光强表达式,利用该表达式分析了斜程大气传输中湍流内外尺度、光源相干参数、天顶角对接收光强的影响。结果表明:斜程大气传输过程中,光源相干参数ζs越大,接收光强受湍流内外尺度变化的影响... 文章利用交叉谱密度函数得到了部分相干光的光强表达式,利用该表达式分析了斜程大气传输中湍流内外尺度、光源相干参数、天顶角对接收光强的影响。结果表明:斜程大气传输过程中,光源相干参数ζs越大,接收光强受湍流内外尺度变化的影响越小。在传输距离小于4 km时,湍流内外尺度变化对接收光强的影响可以忽略不计。相干参数对小天顶角时的光强影响较大,随着天顶角的的增大,大气湍流对接收光强影响占主导作用,光源相干参数对接收光强的影响减弱。最后,对数值模拟结果给出了解释。 展开更多

关键词 大气湍流 斜程传输 部分相干 光强分布 相干长度

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基于神经网络的大气湍流退化图像的快速仿真 被引量：1

12

作者 杨德荃 陶彦辉 +3 位作者 赵刚练 吴小龑 陈子阳 蒲继雄 《航天返回与遥感》 CSCD 北大核心 2023年第6期57-67,共11页

大气湍流的随机扰动会对大气中传输的光场性质产生影响,导致远距离的目标经过大气湍流传输后出现图像退化和畸变。研究大气湍流的建模,对图像退化进行仿真模拟是矫正湍流引起的图像畸变、改善成像质量的关键,为此文章提出了一种快速实... 大气湍流的随机扰动会对大气中传输的光场性质产生影响,导致远距离的目标经过大气湍流传输后出现图像退化和畸变。研究大气湍流的建模,对图像退化进行仿真模拟是矫正湍流引起的图像畸变、改善成像质量的关键,为此文章提出了一种快速实现仿真大气湍流所引起的图像畸变的方法,通过使用Zernike多项式表示大气湍流的相位,利用Zernike系数之间的相关性求解Zernike系数,搭建神经网络,实现了快速求解湍流的点扩散函数;依据图像退化的过程将清晰无失真图像模拟成受大气湍流影响的退化图像;同时,根据不同参数生成不同效果的湍流图像,分析大气湍流对成像的影响,并对斜程大气湍流传输对成像的影响进行了分析和讨论。此外,文章还将模拟图像与实际湍流图像进行了定量对比,两者的结构相似性(SSIM)和均方误差(MSE)指标数值仅差0.32%和0.92%,表明模拟图像与实际湍流图像具有较好的一致性,验证了文章所提方法在可见光波段应用的可行性。 展开更多

关键词 大气湍流 成像退化 湍流效应 斜程传输

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非Kolmogorov大气湍流下部分相干光偏振状态对相干探测灵敏度的影响研究 被引量：1

13

作者 吴加丽 惠玉泽 +1 位作者 丁德强 柯熙政 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1370-1380,共11页

本文讨论了在非Kolmogorov湍流下部分相干电磁高斯-谢尔模型(Electromagnetic Gaussian-Schell Model,EGSM)光束用于相干探测时系统的性能.基于相干探测理论推导了EGSM光束在非Kolmogorov湍流下斜程传输时系统灵敏度的表达式.研究了在... 本文讨论了在非Kolmogorov湍流下部分相干电磁高斯-谢尔模型(Electromagnetic Gaussian-Schell Model,EGSM)光束用于相干探测时系统的性能.基于相干探测理论推导了EGSM光束在非Kolmogorov湍流下斜程传输时系统灵敏度的表达式.研究了在误码率为10-9下上行和下行传输时光束在不同偏振状态、功率谱幂律、湍流尺度、传输距离、天顶角、探测器参数、接收端高度或光源高度对相干探测系统灵敏度的影响.结果表明:在非Kolmogorov湍流谱下,系统灵敏度会随着功率谱幂律的增大而增大;在相同条件下,上行传输时的系统探测灵敏度大于下行传输;在链路条件相同的情况下,完全偏振的EGSM光束用于相干探测时的灵敏度均比非偏振光束的灵敏度大3 dBm.最后,建立了EGSM光束相干探测系统,通过实验验证了部分偏振EGSM光束用于相干探测的系统灵敏度介于完全偏振和非偏振之间. 展开更多

关键词 相干探测灵敏度 EGSM光束 偏振状态 非Kolmogorov湍流 斜程传输

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部分相干光在大气湍流中斜程传输路径上的展宽与漂移 被引量：6

14

作者 柯熙政 韩美苗 王明军 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第3期143-147,共5页

基于Andrews和Philips经典漂移方差模型,利用部分相干高斯-谢尔光束在大气湍流中斜程传输的光束扩展半径,推导出考虑外尺度情况时部分相干高斯-谢尔光束斜程情况下的漂移方差表达式,应用随高度变化的大气结构常量模型进行数值计算,对比... 基于Andrews和Philips经典漂移方差模型,利用部分相干高斯-谢尔光束在大气湍流中斜程传输的光束扩展半径,推导出考虑外尺度情况时部分相干高斯-谢尔光束斜程情况下的漂移方差表达式,应用随高度变化的大气结构常量模型进行数值计算,对比分析了部分相干光和完全相干光在大气湍流中的展宽和漂移特性.结果表明:相同的传输条件下,部分相干光比完全相干光的光束扩展更迅速,受湍流的影响也更小;初始半径越大,接收机高度越高,光束的扩展效应越小;随着传输距离的增大,光束的质心漂移方差随光束初始半径的增大而减小,不同相干性的光束漂移方差变化很小;完全相干光的光束漂移受波长的影响较小,而部分相干光的波长越长,漂移越明显. 展开更多

关键词 光束扩展 光束漂移 光束漂移模型 高斯-谢尔光束 大气湍流 斜程传输

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