本文關鍵詞：陣列光束在湍流大氣中的傳輸及目標散射回波特性　出處：《西安電子科技大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

  更多相關文章： 陣列光束 非Kolmogorov湍流 粗糙面目標 高斯-謝爾模型 閃爍指數(shù) 空間相干度

【摘要】：激光在大氣信道中傳輸時由于受大氣湍流的影響,使到達接收機端的光信號產(chǎn)生光束展寬、漂移、閃爍、到達角起伏等一系列湍流效應,嚴重制約了激光在空間激光通信、激光雷達、激光測距和激光遙感等方面的應用。研究表明部分相干光或陣列光束可有效降低大氣湍流效應影響,因此,開展不同空間相干度的單束或陣列光束在湍流大氣中的傳輸和目標散射特性研究具有重要意義和價值。本文基于廣義Huygens-Fresnel原理和Rytov相位結構函數(shù)二次近似方法,研究了平頂高斯光束及幾種陣列光束(高斯陣列光束、高斯-謝爾模陣列光束、電磁高斯-謝爾模陣列光束)在湍流大氣中的傳播特性,并結合Goodman提出的高斯隨機粗糙表面散射簡化模型,研究了高斯-謝爾模陣列光束經(jīng)粗糙面和漫反射目標散射回波的二階統(tǒng)計特性。主要研究內容包括以下幾個方面：1.根據(jù)斜程傳輸理論及ITU-R提出的大氣折射率結構常數(shù)高度模型,將Rytov方法推廣應用于非Kolmogorov湍流中的斜程傳輸問題研究,推導了平頂高斯光束(Flattened Gaussian Beam, FGB)在斜程非Kolmogorov湍流大氣中傳輸時的平均光強、二階矩束寬與相對束寬以及弱起伏條件下的軸上閃爍指數(shù)表達式,數(shù)值分析了光源束腰大小、光束階數(shù)、湍流廣義指數(shù)、傳輸距離、傳輸天頂角等參量對平頂高斯光束在斜程非Colmogorov湍流大氣中的傳輸變換特性的影響,并與高斯光束做了比較。2.根據(jù)廣義Huygens-Fresnel原理,基于大氣湍流的非Kolmogorov譜,推導了高斯陣列光束在湍流大氣中的二階矩束寬表達式,并結合Rytov近似方法推導了其在弱湍流條件下的閃爍指數(shù)表達式,分析了徑向半徑、光束數(shù)目、廣義指數(shù)及傳輸距離對高斯陣列光束在非Kolmogorov湍流中的擴展特性及軸上和離軸閃爍指數(shù)的影響。3.利用Rytov相位結構函數(shù)二次近似和積分變換方法,推導了相干合成與非相干合成徑向高斯-謝爾模(Gaussian Schell-Model,GSM)陣列光束的交叉譜密度函數(shù)表達式,研究了相干合成與非相干合成徑向高斯-謝爾模陣列光束在湍流大氣中的光束擴展和空間相干特性,并研究了非相干合成徑向GSM陣列光束的光強閃爍特性。結果表明GSM陣列光束在非相干合成時比相干合成時的光束擴展、空間相干度及光強閃爍受湍流影響要小。4.根據(jù)隨機電磁光束的相干-偏振統(tǒng)一理論,推導了電磁高斯-謝爾模(Electromagnetic Gaussian Schell-Model, EGSM)陣列光束在非Kolmogorov湍流大氣中的交叉譜密度矩陣(Cross Spectral Density Matrix, CSDM)單元表達式,研究了EGSM陣列光束在非Kolmogorov湍流大氣中的平均光強、光束展寬、遠場發(fā)散角、偏振度P、偏振方向角及橢偏率的傳輸變換特性。結果表明,當傳輸距離L較近時,光源初始參量(徑向半徑r0、兩分量的相干長度σ0xx比、σ0yy及振幅大小Ax、A,等)對EGSM陣列光束的擴展和偏振特性起主導作用；當傳輸距離L較遠時,湍流效應的影響逐漸超過光源參量的影響,并逐漸對光束擴展和偏振特性起主導作用,這與在自由空間中傳輸時的情況存在差異。5.考慮水平雙程湍流大氣影響和相位擾動占優(yōu)勢的假設下,利用Goodman提出的高斯隨機粗糙表面散射理論,推導了徑向GSM陣列光束在雙程湍流大氣中經(jīng)高斯粗糙表面后向散射到達接收面處的互相干函數(shù),當lc→0時該函數(shù)可退化到漫反射目標時的情況。詳細討論了光源參量、目標特征及湍流效應對散射回波平均光強和空間相干性的影響。
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O357.5;O435

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本文編號：1323670