湍流大氣中部分相干激光波束傳輸及目標(biāo)回波特性.pdf

1、隨著空間光通信和激光雷達(dá)的發(fā)展，湍流大氣中的激光傳輸與目標(biāo)散射特性在航空、目標(biāo)探測、激光測距、遙感等方面有重要的應(yīng)用。本文主要利用廣義惠更斯-菲涅爾原理，Kolmogorov折射譜模型及相位結(jié)構(gòu)函數(shù)的二次近似，研究部分相干激光波束通過湍流大氣的傳輸及目標(biāo)散射特性的二階統(tǒng)計(jì)特征。主要成果如下:
　　1、根據(jù)廣義惠更斯-菲涅爾原理和部分相干光的交叉譜密度函數(shù)，推導(dǎo)了湍流大氣中部分相干高斯-謝爾(GSM)波束的平均強(qiáng)度、光束展寬、桶中功

2、率以及波束漂移表達(dá)式。數(shù)值分析了弱湍流大氣中陣列孔徑接收的孔徑平滑因子和強(qiáng)度方差，部分相干高斯-謝爾脈沖(GSMP)波束的平均光譜強(qiáng)度，以及窄帶脈沖的時(shí)間平均強(qiáng)度及時(shí)間展寬。
　　2、基于廣義惠更斯-菲涅耳原理和相位擾動(dòng)占優(yōu)假設(shè)，在單程傳輸理論基礎(chǔ)上，推導(dǎo)湍流大氣中部分相干光入射完全漫反射目標(biāo)，經(jīng)目標(biāo)散射后在接收平面的平均強(qiáng)度、協(xié)方差、時(shí)延協(xié)方差、功率譜密度及散斑尺寸表達(dá)式?？紤]前向湍流和后向湍流的相關(guān)條件下，推導(dǎo)了GSM光束通過

3、弱湍流大氣的后向散射強(qiáng)度離軸增強(qiáng)因子，研究了后向散射強(qiáng)度增強(qiáng)因子與波源相干長度、波長、目標(biāo)尺寸及湍流強(qiáng)度變化規(guī)律，并且可以退化為平面波和球面波情況。
　　3、考慮發(fā)射機(jī)到目標(biāo)和目標(biāo)到接收機(jī)雙程湍流大氣相互影響下，導(dǎo)出了部分相干高斯-謝爾光束通過任意高斯分布粗糙目標(biāo)散射強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)特性的通用表達(dá)式，在一定條件可以退化為光滑和完全漫反射。在前后傳輸湍流大氣互不相關(guān)下，推導(dǎo)了在接收機(jī)處的互相干函數(shù)、平均強(qiáng)度以及波前相干長度表達(dá)式。數(shù)值分析了

4、接收面的平均強(qiáng)度與目標(biāo)表面粗糙度依賴關(guān)系，以及不同湍流強(qiáng)度下波前相干長度與表面粗糙度、傳播距離和波源相干度變化規(guī)律。
　　4、基于廣義惠更斯-菲涅爾原理，以及相位擾動(dòng)占優(yōu)假設(shè)，研究了雙程湍流大氣中完全漫射目標(biāo)散射后高斯脈沖波束的雙頻雙點(diǎn)互相干函數(shù)，其結(jié)果可以退化為雙點(diǎn)單頻、單點(diǎn)雙頻的互相干函數(shù)以及單點(diǎn)單頻自相干函數(shù);分析脈沖波束經(jīng)高斯粗糙面散射的雙頻復(fù)相干度因子隨頻差的變化，隨著粗糙面均方根的增加，相干帶寬逐漸減小，相應(yīng)脈沖展寬變