在傳統(tǒng)功率譜反演法和Zernike多項(xiàng)式法的基礎(chǔ)上,將兩種方法相結(jié)合提出一種低頻補(bǔ)償法,改善傳統(tǒng)譜反演法數(shù)值模擬相位屏低頻分量不足的現(xiàn)象。分別采用傳統(tǒng)譜反演法、Zernike多項(xiàng)式法、低頻補(bǔ)償法仿真構(gòu)建符合Kolmogorov功率譜模型的大氣湍流相位屏。此外結(jié)合相位結(jié)構(gòu)函數(shù)將低頻補(bǔ)償法與譜反演法、Zernike多項(xiàng)式法進(jìn)行了比較分析。結(jié)果表明:低頻補(bǔ)償法構(gòu)建的湍流相位屏低頻、高頻分量都比較豐富且其相位結(jié)構(gòu)函數(shù)與Kolmogorov湍流相位結(jié)構(gòu)函數(shù)理論值最為接近,準(zhǔn)確性最好。 

【文章來(lái)源】：工業(yè)控制計(jì)算機(jī). 2019,32(08)

【文章頁(yè)數(shù)】：3 頁(yè)

【部分圖文】：

功率譜反演法生成大氣湍流相位屏

，選取采樣點(diǎn)數(shù)為m＝n＝128。傳統(tǒng)譜反演法的仿真結(jié)果如圖1所示。分析圖1可以看出，功率譜反演法數(shù)值模擬得到的湍流相位屏相位變化較為劇烈，相位平面抖動(dòng)嚴(yán)重即相位屏有豐富的高頻細(xì)節(jié)分量。但同時(shí)可以看出相位平面集中在同一高度，傾斜現(xiàn)象不明顯即相位屏缺少低頻分量，因此功率譜反演法得到的湍流相位屏的準(zhǔn)確性有待于提高。采用Zernike多項(xiàng)式法進(jìn)行相位屏仿真，分別采用10階、50階、150階的Zernike多項(xiàng)式構(gòu)造相位屏，如圖2～圖4所示。圖210階Zernike多項(xiàng)式相位屏圖350階Zernike多項(xiàng)式相位屏從圖1和對(duì)比圖2～圖4可以看出，用Zernike多項(xiàng)式數(shù)值模擬的大氣湍流相位屏傾斜嚴(yán)重即低頻分量較為豐富。但相位平面比較光滑即嚴(yán)重缺少高頻細(xì)節(jié)分量。橫向?qū)Ρ葓D2～圖4，可以看出隨著多項(xiàng)式階數(shù)的增加，細(xì)節(jié)分量有所改善，但改善效果不好且大量增加計(jì)算量。50階Zernike多項(xiàng)式低頻分量豐富且有一定的細(xì)節(jié)分量，階數(shù)較低計(jì)算量較少。因此，選用50階Zernike多項(xiàng)式法與功率譜反演法相結(jié)合。將功率譜反演法的相位屏與50階Zernike多項(xiàng)式法相位屏線性疊加，根據(jù)式（7）仿真得到經(jīng)過(guò)低頻補(bǔ)償?shù)拇髿馔牧飨辔黄痢Ｓ蓤D5、圖6可以看出，經(jīng)過(guò)低頻補(bǔ)償后的大氣湍流相位屏的相位平面不再平滑，且存在傾斜現(xiàn)象。為了進(jìn)一步驗(yàn)證經(jīng)過(guò)補(bǔ)圖1功率譜反演法生成大氣湍流相位屏129

傳統(tǒng)譜反演法的仿真結(jié)果如圖1所示。分析圖1可以看出，功率譜反演法數(shù)值模擬得到的湍流相位屏相位變化較為劇烈，相位平面抖動(dòng)嚴(yán)重即相位屏有豐富的高頻細(xì)節(jié)分量。但同時(shí)可以看出相位平面集中在同一高度，傾斜現(xiàn)象不明顯即相位屏缺少低頻分量，因此功率譜反演法得到的湍流相位屏的準(zhǔn)確性有待于提高。采用Zernike多項(xiàng)式法進(jìn)行相位屏仿真，分別采用10階、50階、150階的Zernike多項(xiàng)式構(gòu)造相位屏，如圖2～圖4所示。圖210階Zernike多項(xiàng)式相位屏圖350階Zernike多項(xiàng)式相位屏從圖1和對(duì)比圖2～圖4可以看出，用Zernike多項(xiàng)式數(shù)值模擬的大氣湍流相位屏傾斜嚴(yán)重即低頻分量較為豐富。但相位平面比較光滑即嚴(yán)重缺少高頻細(xì)節(jié)分量。橫向?qū)Ρ葓D2～圖4，可以看出隨著多項(xiàng)式階數(shù)的增加，細(xì)節(jié)分量有所改善，但改善效果不好且大量增加計(jì)算量。50階Zernike多項(xiàng)式低頻分量豐富且有一定的細(xì)節(jié)分量，階數(shù)較低計(jì)算量較少。因此，選用50階Zernike多項(xiàng)式法與功率譜反演法相結(jié)合。將功率譜反演法的相位屏與50階Zernike多項(xiàng)式法相位屏線性疊加，根據(jù)式（7）仿真得到經(jīng)過(guò)低頻補(bǔ)償?shù)拇髿馔牧飨辔黄痢Ｓ蓤D5、圖6可以看出，經(jīng)過(guò)低頻補(bǔ)償后的大氣湍流相位屏的相位平面不再平滑，且存在傾斜現(xiàn)象。為了進(jìn)一步驗(yàn)證經(jīng)過(guò)補(bǔ)圖1功率譜反演法生成大氣湍流相位屏129

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]一種改進(jìn)的次諧波大氣湍流相位屏模擬方法[J]. 劉濤,朱聰,孫春陽(yáng),張景芝,雷艷旭,張榮香.  光子學(xué)報(bào). 2019(02)
[2]大氣湍流對(duì)空間激光通信跟蹤系統(tǒng)的影響[J]. 張雷,李勃,趙馨,佟首峰,姜會(huì)林.  光子學(xué)報(bào). 2017(09)
[3]不同形狀激光波束在大氣中傳輸?shù)耐牧餍?yīng)(英文)[J]. 廖天河,劉偉,高穹.  紅外與激光工程. 2015(S1)
[4]快速傅里葉變換湍流相位屏高頻誤差的補(bǔ)償方法[J]. 向勁松.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2014(10)
[5]功率譜反演大氣湍流隨機(jī)相位屏采樣方法的研究[J]. 蔡冬梅,王昆,賈鵬,王東,劉建霞.  物理學(xué)報(bào). 2014(10)
[6]采用Zernike多項(xiàng)式對(duì)大氣湍流相位屏的仿真和驗(yàn)證[J]. 王奇濤,佟首峰,徐友會(huì).  紅外與激光工程. 2013(07)
[7]基于隨機(jī)數(shù)據(jù)元擴(kuò)張的大氣湍流相位屏數(shù)值模擬[J]. 華志勵(lì),李洪平.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2012(05)
[8]基于Zernike多項(xiàng)式的大氣湍流相位屏的數(shù)值模擬[J]. 段錦,王曦澤,景文博,付強(qiáng).  長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2010(03)
[9]基于畸變相位波前分形特征產(chǎn)生矩形湍流相屏[J]. 吳晗玲,嚴(yán)海星,李新陽(yáng),李樹(shù)山.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2009(01)
[10]大氣湍流畸變相位屏的數(shù)值模擬方法研究[J]. 張慧敏,李新陽(yáng).  光電工程. 2006(01)



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