湍流大氣中部分相干激光波束傳輸及目標回波特性.pdf

1、隨著空間光通信和激光雷達的發(fā)展，湍流大氣中的激光傳輸與目標散射特性在航空、目標探測、激光測距、遙感等方面有重要的應用。本文主要利用廣義惠更斯-菲涅爾原理，Kolmogorov折射譜模型及相位結構函數(shù)的二次近似，研究部分相干激光波束通過湍流大氣的傳輸及目標散射特性的二階統(tǒng)計特征。主要成果如下:
　　1、根據(jù)廣義惠更斯-菲涅爾原理和部分相干光的交叉譜密度函數(shù)，推導了湍流大氣中部分相干高斯-謝爾(GSM)波束的平均強度、光束展寬、桶中功

2、率以及波束漂移表達式。數(shù)值分析了弱湍流大氣中陣列孔徑接收的孔徑平滑因子和強度方差，部分相干高斯-謝爾脈沖(GSMP)波束的平均光譜強度，以及窄帶脈沖的時間平均強度及時間展寬。
　　2、基于廣義惠更斯-菲涅耳原理和相位擾動占優(yōu)假設，在單程傳輸理論基礎上，推導湍流大氣中部分相干光入射完全漫反射目標，經(jīng)目標散射后在接收平面的平均強度、協(xié)方差、時延協(xié)方差、功率譜密度及散斑尺寸表達式。考慮前向湍流和后向湍流的相關條件下，推導了GSM光束通過

3、弱湍流大氣的后向散射強度離軸增強因子，研究了后向散射強度增強因子與波源相干長度、波長、目標尺寸及湍流強度變化規(guī)律，并且可以退化為平面波和球面波情況。
　　3、考慮發(fā)射機到目標和目標到接收機雙程湍流大氣相互影響下，導出了部分相干高斯-謝爾光束通過任意高斯分布粗糙目標散射強度統(tǒng)計特性的通用表達式，在一定條件可以退化為光滑和完全漫反射。在前后傳輸湍流大氣互不相關下，推導了在接收機處的互相干函數(shù)、平均強度以及波前相干長度表達式。數(shù)值分析了

4、接收面的平均強度與目標表面粗糙度依賴關系，以及不同湍流強度下波前相干長度與表面粗糙度、傳播距離和波源相干度變化規(guī)律。
　　4、基于廣義惠更斯-菲涅爾原理，以及相位擾動占優(yōu)假設，研究了雙程湍流大氣中完全漫射目標散射后高斯脈沖波束的雙頻雙點互相干函數(shù)，其結果可以退化為雙點單頻、單點雙頻的互相干函數(shù)以及單點單頻自相干函數(shù);分析脈沖波束經(jīng)高斯粗糙面散射的雙頻復相干度因子隨頻差的變化，隨著粗糙面均方根的增加，相干帶寬逐漸減小，相應脈沖展寬變