地星上行激光在大氣湍流中的傳輸特性及其數(shù)值模擬.pdf

1、隨著激光技術(shù)的日趨發(fā)展，世界各國越來越重視空間激光通信的研究，而大氣湍流的存在嚴重限制了空間激光通信系統(tǒng)的性能。大氣湍流會導致光束在傳播過程中出現(xiàn)振幅和相位的隨機波動，進而引起一系列大氣湍流效應(yīng)，包括強度的隨機起伏，光束的展寬以及光束的漂移等等。目前多采用相位屏的數(shù)值模擬方法對大氣湍流進行模擬，因而采用合適的相位屏模擬方法對激光在大氣湍流中的傳輸特性進行研究具有十分重要的理論和實踐意義。
　　 本文提出一種基于多點預測的相位協(xié)方

2、差插值方法產(chǎn)生湍流相位屏，由多個已知點的相位值對新插值點的相位值進行預測，推導出了插值點的預測矩陣及其殘余方差的表達式，并且利用相位結(jié)構(gòu)函數(shù)對相位屏的空間統(tǒng)計特性進行了驗證，結(jié)果表明該方法產(chǎn)生的湍流相位屏與大氣湍流的統(tǒng)計特性符合得較好，隨著用于預測的已知點數(shù)的增加，模擬生成的湍流相位屏的精度增高，并可以進行連續(xù)插值生成無限長的湍流相位屏。接著，對一個波前傾斜校正的上行高斯光束，本文利用數(shù)值模擬方法對由湍流引起的閃爍指數(shù)以及輻照波動的概率

3、密度分布進行了研究。結(jié)果表明，在發(fā)射光束直徑較小時，模擬得到的軸上光強的概率密度分布和對數(shù)正態(tài)分布的概率密度分布曲線符合較好;而在發(fā)射光束直徑較大時，軸上光強的概率密度分布不是一般所認可的對數(shù)正態(tài)分布，而更接近于正態(tài)分布。最后本文研究了地星上行高斯光束在大氣湍流中傳輸?shù)臅r域特性。主要考慮由風速引起的大氣湍流隨時間的變化特性對激光束的影響，首先根據(jù)FFT譜反演法產(chǎn)生初始相位屏，并對其進行低頻補償;其次，根據(jù)本文提出的基于多點預測的相位協(xié)方