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(guó)越來(lái)越重視空間激光通信的研究，而大氣湍流的存在嚴(yán)重限制了空間激光通信系統(tǒng)的性能。大氣湍流會(huì)導(dǎo)致光束在傳播過(guò)程中出現(xiàn)振幅和相位的隨機(jī)波動(dòng)，進(jìn)而引起一系列大氣湍流效應(yīng)，包括強(qiáng)度的隨機(jī)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(duì)大氣湍流進(jìn)行模擬，因而采用合適的相位屏模擬方法對(duì)激光在大氣湍流中的傳輸特性進(jìn)行研究具有十分重要的理論和實(shí)踐意義。
　　 本文提出一種基于多點(diǎn)預(yù)測(cè)的相位協(xié)方

2、差插值方法產(chǎn)生湍流相位屏，由多個(gè)已知點(diǎn)的相位值對(duì)新插值點(diǎn)的相位值進(jìn)行預(yù)測(cè)，推導(dǎo)出了插值點(diǎn)的預(yù)測(cè)矩陣及其殘余方差的表達(dá)式，并且利用相位結(jié)構(gòu)函數(shù)對(duì)相位屏的空間統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行了驗(yàn)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(jì)特性符合得較好，隨著用于預(yù)測(cè)的已知點(diǎn)數(shù)的增加，模擬生成的湍流相位屏的精度增高，并可以進(jìn)行連續(xù)插值生成無(wú)限長(zhǎng)的湍流相位屏。接著，對(duì)一個(gè)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(duì)由湍流引起的閃爍指數(shù)以及輻照波動(dòng)的概率

3、密度分布進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，在發(fā)射光束直徑較小時(shí)，模擬得到的軸上光強(qiáng)的概率密度分布和對(duì)數(shù)正態(tài)分布的概率密度分布曲線(xiàn)符合較好;而在發(fā)射光束直徑較大時(shí)，軸上光強(qiáng)的概率密度分布不是一般所認(rèn)可的對(duì)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(shí)域特性。主要考慮由風(fēng)速引起的大氣湍流隨時(shí)間的變化特性對(duì)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(duì)其進(jìn)行低頻補(bǔ)償;其次，根據(jù)本文提出的基于多點(diǎn)預(yù)測(cè)的相位協(xié)方