湍流大氣中激光波束目標(biāo)回波特性.pdf

1、湍流大氣中激光波束目標(biāo)回波特性對(duì)激光雷達(dá)探測(cè)、制導(dǎo)、對(duì)抗等領(lǐng)域具有重要的學(xué)術(shù)意義和廣泛的應(yīng)用價(jià)值。本文主要利用 Rytov理論、廣義惠更斯-菲涅爾原理和等效參數(shù)法,研究了湍流大氣中高斯波束和高斯-謝爾波束照射漫射平面、高斯粗糙面、角反射器以及角反射器陣列回波的二階和四階統(tǒng)計(jì)特征。主要成果如下:
　　1.在分步傅立葉算法中引入了高頻濾波函數(shù),有效降低了強(qiáng)發(fā)散波束傳輸模擬過(guò)程中邊界反射效應(yīng)造成的高頻噪聲。數(shù)值模擬了湍流大氣中高斯波束和

2、高斯-謝爾波束斜程及雙程傳輸過(guò)程?；诘玫降墓獍邩颖?計(jì)算了光場(chǎng)相干長(zhǎng)度和慢速探測(cè)閃爍指數(shù),結(jié)果同Rytov方法理論值相吻合。分析了波源非相干度、目標(biāo)粗糙度等因素對(duì)波束統(tǒng)計(jì)特性的影響,比較了斜程路徑上行、下行傳輸以及雙程路徑單站、雙站接收模式下波束統(tǒng)計(jì)特性的差別。
　　2.根據(jù)廣義惠更斯-菲涅爾原理,分別研究了湍流大氣中平面波與球面波照射硬邊漫射圓盤(pán)以及高斯波束照射無(wú)限大漫射平面的回波統(tǒng)計(jì)特性。對(duì)于第一種模型,考慮了后向增強(qiáng)效應(yīng)的

3、影響,推導(dǎo)了單站回波場(chǎng)的互相干函數(shù)、平均強(qiáng)度、后向增強(qiáng)系數(shù)、強(qiáng)度協(xié)方差、強(qiáng)度方差以及殘余閃爍指數(shù)的計(jì)算公式,討論了目標(biāo)尺寸、湍流強(qiáng)度及路徑傾斜角度對(duì)回波統(tǒng)計(jì)特性的影響。對(duì)于第二種模型,忽略了后向增強(qiáng)效應(yīng)的影響,推導(dǎo)了回波的相干長(zhǎng)度和歸一化強(qiáng)度方差公式,分析了發(fā)射波束初始相干度、波束半徑、焦距對(duì)回波特性的影響。
　　3.把等效參數(shù)法推廣到高斯-謝爾波束雙程傳輸問(wèn)題上,建立了湍流大氣中高斯-謝爾波束照射粗糙圓盤(pán)的回波相干度函數(shù)及閃爍指

4、數(shù)的表達(dá)式,討論了相干長(zhǎng)度和閃爍指數(shù)隨著發(fā)射波束半徑、相干度以及目標(biāo)半徑、粗糙度的變化規(guī)律。把等效參數(shù)法和修正 Rytov方法相結(jié)合,對(duì)弱湍流中粗糙面回波閃爍指數(shù)進(jìn)行了修正,建立了任意湍流強(qiáng)度中回波在軸閃爍指數(shù)公式。研究了高斯-謝爾波束照射粗糙圓盤(pán)情況下回波在軸閃爍指數(shù)隨著湍流強(qiáng)度的變化規(guī)律。結(jié)果表明,粗糙目標(biāo)回波閃爍指數(shù)在強(qiáng)湍流中不趨向1。
　　4.利用ABCD傳輸矩陣和廣義光譜表示法,研究了湍流大氣中角反射器目標(biāo)回波的平均強(qiáng)度

5、、相干度函數(shù)、閃爍指數(shù)等統(tǒng)計(jì)特性隨著波源半徑和反射器半徑的變化規(guī)律,同時(shí)給出了平面鏡的相應(yīng)結(jié)果做為對(duì)比。利用復(fù)高斯函數(shù)分解法,建立了硬邊孔徑角反射器互相干函數(shù)表達(dá)式,發(fā)現(xiàn)二階矩隨著角反射器半徑的增加會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的震蕩。把濾波函數(shù)法推廣,計(jì)算了角反射器被高斯-謝爾波束照射的回波相干長(zhǎng)度和閃爍指數(shù)。
　　5.基于單個(gè)角反射器單元的點(diǎn)目標(biāo)近似,建立了湍流大氣中處于離軸位置的單個(gè)角反射器在任意入射角情況下回波的平均強(qiáng)度和后向增強(qiáng)系數(shù)公式。利