隨著水下光通信、傳感和激光雷達(dá)等應(yīng)用的興起,研究水下環(huán)境中光傳輸和光學(xué)成像具有重要意義。已有實驗表明,海洋湍流是影響水下光學(xué)成像質(zhì)量的主要因素之一。Strehl比、Greenwood時間常數(shù)和等暈角等是自適應(yīng)光學(xué)成像系統(tǒng)特征參量,但海洋湍流中這些特征參量的研究還未見報道。光波空間相干長度和Rytov方差是光波湍流介質(zhì)中傳輸理論研究的重要參數(shù),而目前這兩個參數(shù)在新型Elamassie海洋湍流功率譜模型下的結(jié)果還未涉及。此外,激光雷達(dá)系統(tǒng)需考慮光波在海洋湍流中的雙程傳輸,而之前的研究都僅局限于光波單程海洋湍流中傳輸。本論文針對以上問題開展了研究,具體工作如下:1.研究了海洋湍流中自適應(yīng)光學(xué)成像系統(tǒng)特征參量。推得了海洋湍流中短曝光成像Strehl比的近似解析表達(dá)式,并驗證:除了在近場D_G/r_0=1附近外(r_0和D_G分別為海洋湍流中的可見參數(shù)和光學(xué)系統(tǒng)的光瞳直徑),該近似公式均可保證足夠的精度。此外,還得到了海洋湍流中Greenwood時間常數(shù)和等暈角的表達(dá)式。研究發(fā)現(xiàn):當(dāng)海水中鹽度起伏占主導(dǎo)地位,海水湍流溫度方差耗散率增大或湍流動能耗散率減小時,這三個特征參量值均減小。2.研究了海洋湍流中光波特征參量和高斯光束短期光束擴(kuò)展。采用Elamassie海洋湍流功率譜模型(EPSM),推導(dǎo)出了各向同性且非均勻海水介質(zhì)中光波空間相干長度、波結(jié)構(gòu)函數(shù)和Fried參數(shù)的解析式,并驗正了所得解析式的正確性。研究表明:當(dāng)海水中溫度起伏占主導(dǎo)地位時,之前提出的Nikishov海洋湍流功率譜模型(NPSM)把湍流強(qiáng)度低估了;當(dāng)鹽度起伏占主導(dǎo)地位時,NPSM把湍流強(qiáng)度高估了�；贓PSM,還得到了海洋湍流中短期光束擴(kuò)展的半解析公式,并校驗了其正確性。此外,海水穩(wěn)定分層與否,短期光束擴(kuò)展差異很大。3.研究了海洋湍流中光波Rytov方差和激光雷達(dá)系統(tǒng)性能指標(biāo)。利用EPSM推導(dǎo)了海洋湍流中球面波Rytov方差β_0~2的解析表達(dá)式,并驗證了其正確性。研究了水下激光雷達(dá)系統(tǒng)的性能指標(biāo),如單基(MS)和雙基光學(xué)系統(tǒng)(BS)的雙程傳輸閃爍指數(shù)σ_I~2、孔徑平均因子A、平均信噪比〈SNR〉和平均比特出錯概率〈BER〉。另一方面,還研究了分別采用EPSM和NPSM的β_0~2,σ_I~2和〈SNR〉之間的差異。結(jié)果表明,在弱、中海洋湍流中,當(dāng)溫度起伏占主要作用時,NPSM把σ_I~2低估了;而當(dāng)鹽度起伏占主要作用時,NPSM把σ_I~2NPSM高估了;然而,在強(qiáng)湍流中則是相反的。此外,采用EPSM與NPSM的〈SNR〉的相對誤差變化和σ_I~2的不同,MS的σ_I~2、〈SNR〉的相對誤差值均大于BS,弱、中湍流中的σ_I~2、〈SNR〉的相對誤差值均大于強(qiáng)湍流中的值。
【學(xué)位單位】：四川師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：P756.6
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 引言
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 自適應(yīng)光學(xué)成像系統(tǒng)特征參量
        1.2.2 光波特征參量和短期光束擴(kuò)展
        1.2.3 Rytov方差和激光雷達(dá)系統(tǒng)性能指標(biāo)
    1.3 研究內(nèi)容及各章節(jié)安排
2 理論基礎(chǔ)
    2.1 海水介質(zhì)折射率起伏空間功率譜模型
    2.2 海洋湍流中光波特征參量
        2.2.1 光波結(jié)構(gòu)函數(shù)和空間相干長度
        2.2.2 可見參數(shù)
    2.3 海洋湍流中光學(xué)系統(tǒng)成像特征參量
        2.3.1 Strehl比
        2.3.2 信噪比SNR
        2.3.3 比特出錯概率BER
3 海洋湍流中自適應(yīng)光學(xué)成像系統(tǒng)特征參量研究
    3.1 海洋湍流中的短曝光Strehl比
    3.2 海洋湍流中的Greenwood時間常數(shù)
    3.3 海洋湍流中的等暈角
    3.4 本章小結(jié)
4 海洋湍流中光波特征參量和短期光束擴(kuò)展研究
    4.1 海洋湍流中的光波結(jié)構(gòu)函數(shù)和空間相干長度
    4.2 海洋湍流中的Fried參數(shù)
    4.3 海洋湍流中的短期光束擴(kuò)展
    4.4 本章小結(jié)
5 海洋湍流中球面波Rytov方差和激光雷達(dá)系統(tǒng)性能指標(biāo)研究
    5.1 海洋湍流中的球面波Rytov方差
    5.2 海洋湍流中MS和 BS的雙程傳輸閃爍指數(shù)
    5.3 海洋湍流中MS和 BS的孔徑平均因子
    5.4 海洋湍流中MS和 BS的平均信噪比和平均比特出錯概率
    5.5 本章小結(jié)
6 主要結(jié)論及創(chuàng)新點(diǎn)
    6.1 主要結(jié)論
    6.2 創(chuàng)新點(diǎn)
參考文獻(xiàn)
致謝
在校期間的科研成果

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本文編號：2861177