本文關(guān)鍵詞：激光大氣傳輸理論及其在傅里葉望遠(yuǎn)鏡中的應(yīng)用研究

  更多相關(guān)文章： 激光大氣傳輸 傅里葉望遠(yuǎn)鏡 平頂高斯光 大氣湍流 閃爍

【摘要】：傅里葉望遠(yuǎn)技術(shù)是一種新型主動(dòng)相干成像技術(shù),它利用大面積接收器接收從目標(biāo)返回的能量信息,并通過(guò)相位閉合技術(shù)消除大氣湍流引起的相位起伏,能對(duì)遠(yuǎn)距離暗弱目標(biāo)高分辨率成像。激光大氣傳輸理論是傅里葉望遠(yuǎn)鏡的重要基礎(chǔ)理論之一,尤其大氣湍流效應(yīng)嚴(yán)重影響傅里葉望遠(yuǎn)鏡成像性能。激光的各種光束形態(tài)中,平頂高斯光具有應(yīng)用于傅里葉望遠(yuǎn)鏡的潛在優(yōu)勢(shì)。它在大氣傳播中不僅展現(xiàn)近場(chǎng)能量均勻、遠(yuǎn)場(chǎng)能量集中等優(yōu)點(diǎn),其受大氣湍流的影響較高斯光束小,且平頂階次越高,受湍流影響越小。針對(duì)目前平頂高斯光湍流理論還未完善的情形,本文對(duì)平頂高斯光湍流理論進(jìn)行深入研究。同時(shí),研究大氣湍流效應(yīng)對(duì)傅里葉望遠(yuǎn)鏡影響與抑制算法,并基于對(duì)平頂高斯光的理論及仿真研究,提出將平頂高斯光應(yīng)用于傅里葉望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中的設(shè)想。具體工作如下:1.研究激光大氣湍流傳輸理論。推導(dǎo)出高斯光束通過(guò)任意厚度和位置的non-Kolmogorov湍流相位屏的閃爍公式,并與擴(kuò)展大氣湍流下的閃爍進(jìn)行等價(jià),得到無(wú)量綱比值。利用該比值,提出了一種精確模擬真實(shí)大氣湍流閃爍的相位屏方法。2.簡(jiǎn)化平頂高斯光大氣傳輸理論模型。借鑒激光大氣傳輸理論分析方法,通過(guò)合適的變量變換,建立了簡(jiǎn)化的平頂高斯光湍流二階統(tǒng)計(jì)矩模型,揭示了平頂高斯光湍流理論與高斯光湍流理論的加權(quán)平均關(guān)系,為平頂高斯光湍流理論的深入研究奠定了基礎(chǔ)。3.完善平頂高斯光在non-Kolmogorov湍流下的閃爍理論。推導(dǎo)出廣義von Kármán功率譜下的軸上閃爍公式,分析了其隨湍流內(nèi)尺度的變化趨勢(shì);建立了平頂高斯光長(zhǎng)距離傳輸產(chǎn)生的離軸閃爍模型,研究了其隨離軸距離、功率譜指數(shù)、平頂階次以及入射傳播參數(shù)的變化趨勢(shì),得出平頂高斯光在大的入射參數(shù)0?下存在較小閃爍的結(jié)論。4.分析大氣湍流效應(yīng)對(duì)傅里葉望遠(yuǎn)鏡成像的影響。從理論、仿真和實(shí)驗(yàn)三個(gè)層面研究了不同光強(qiáng)和相位變化下的傅里葉望遠(yuǎn)鏡成像,得出時(shí)域的光強(qiáng)和相位變化對(duì)傅里葉望遠(yuǎn)鏡影響較大的結(jié)論。同時(shí),在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)使用數(shù)值模擬方法成功模擬了大氣閃爍與相位抖動(dòng)效應(yīng),驗(yàn)證了其對(duì)傅里葉望遠(yuǎn)鏡的影響;分析了不同光束光強(qiáng)不等對(duì)成像的影響,并提出了一種抑制其影響的方法。5.分析平頂高斯光在傅里葉望遠(yuǎn)鏡的應(yīng)用可行性。對(duì)平頂高斯光在真實(shí)大氣傳輸中的能量衰減效應(yīng)進(jìn)行了仿真,并與高斯光束能量衰減進(jìn)行了對(duì)比,得出平頂高斯光具有較大能量集中優(yōu)勢(shì);分析了平頂高斯光在傅里葉望遠(yuǎn)鏡中應(yīng)用前景。本文系統(tǒng)研究了激光大氣傳輸理論、激光大氣傳輸效應(yīng)對(duì)傅里葉望遠(yuǎn)鏡的影響和相應(yīng)的抑制方法。所建立的平頂高斯光傳輸模型,極大地降低了平頂高斯光的理論研究難度,豐富和發(fā)展了平頂高斯光傳輸理論。同時(shí),文中對(duì)傅里葉望遠(yuǎn)鏡大氣湍流影響效應(yīng)的分析與抑制方法研究,為傅里葉望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的發(fā)展提供理論依據(jù),并有助于進(jìn)一步提高傅里葉望遠(yuǎn)鏡成像質(zhì)量。
【關(guān)鍵詞】：激光大氣傳輸 傅里葉望遠(yuǎn)鏡 平頂高斯光 大氣湍流 閃爍
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(西安光學(xué)精密機(jī)械研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH743
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第1章 緒論13-23
• 1.1 激光大氣傳輸理論發(fā)展簡(jiǎn)介13-14
• 1.2 平頂光大氣傳輸理論發(fā)展概述14-16
• 1.3 傅里葉望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)研究概況16-21
• 1.4 論文研究的意義與內(nèi)容21-23
• 第2章 激光大氣傳輸理論分析23-49
• 2.1 引言23
• 2.2 大氣湍流理論簡(jiǎn)介23-30
• 2.2.1 Kolmogorov湍流理論25-27
• 2.2.2 湍流功率譜模型27-30
• 2.3 高斯光波自由空間傳輸理論30-32
• 2.4 高斯光波湍流傳輸經(jīng)典理論32-41
• 2.4.1 Born近似方法33-34
• 2.4.2 Rytov近似方法34-39
• 2.4.3 Rytov方差39-41
• 2.5 相位屏精確模擬方法的提出41-47
• 2.5.1 大氣湍流相位屏仿真41-43
• 2.5.2 任意厚度相位屏的Rytov方差模型建立43-44
• 2.5.3 任意厚度相位屏的閃爍模型建立44-45
• 2.5.4 Rytov方差修正與分析45-47
• 2.6 小結(jié)47-49
• 第3章 平頂高斯光大氣湍流傳輸理論研究49-79
• 3.1 引言49
• 3.2 平頂光的產(chǎn)生方法49-51
• 3.3 平頂光模型簡(jiǎn)介51-54
• 3.4 平頂光自由空間傳播特性分析54-56
• 3.5 平頂光湍流傳播理論模型簡(jiǎn)化與完善56-76
• 3.5.1 二階統(tǒng)計(jì)矩模型簡(jiǎn)化56-61
• 3.5.2 平頂光閃爍模型完善61-72
• 3.5.3 平頂光光斑尺寸與漂移模型建立72-76
• 3.6 小結(jié)76-79
• 第4章 激光大氣傳輸效應(yīng)對(duì)傅里葉望遠(yuǎn)鏡的影響研究79-121
• 4.1 引言79-80
• 4.2 傅里葉望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)基本原理概述80-82
• 4.3 傅里葉望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)湍流理論分析82-88
• 4.4 成像質(zhì)量的評(píng)價(jià)88-89
• 4.5 三光束傅里葉望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)簡(jiǎn)介89-90
• 4.6 大氣湍流對(duì)傅里葉望遠(yuǎn)鏡影響仿真分析90-102
• 4.6.1 光束光強(qiáng)變化影響分析與抑制方法的提出90-98
• 4.6.2 光束相位變化影響研究98-102
• 4.7 傅里葉望遠(yuǎn)鏡大氣湍流模擬實(shí)驗(yàn)研究102-110
• 4.7.1 閃爍模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果分析103-107
• 4.7.2 相位抖動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析107-110
• 4.8 傅里葉望遠(yuǎn)鏡外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)與湍流抑制算法驗(yàn)證110-115
• 4.8.1 外場(chǎng)大氣湍流測(cè)量實(shí)驗(yàn)111-113
• 4.8.2 外場(chǎng)湍流影響分析與校正113-115
• 4.9 平頂光應(yīng)用于傅里葉望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的可行性分析115-120
• 4.9.1 平頂光在真實(shí)大氣傳播的能量仿真分析115-119
• 4.9.2 平頂光在傅里葉望遠(yuǎn)鏡中應(yīng)用前景119-120
• 4.10 小結(jié)120-121
• 第5章 總結(jié)與展望121-125
• 5.1 研究工作總結(jié)121-122
• 5.2 工作展望122-125
• 參考文獻(xiàn)125-135
• 作者簡(jiǎn)介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果135

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本文編號(hào)：714705