自由空间光通信中大气光束传输数值模拟研究 被引量：27

1

作者 翟超 武凤 +2 位作者 杨清波 谭立英 马晶 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期157-162,共6页

相对于理论研究和实验研究,数值模拟研究具有独特的优越性,包括参数可控和可实现系综平均等。因此,对于大仰角链路大气湍流影响研究等实验系统无法搭建的研究,可以采用光束传输的数值模拟方法来进行研究。在Zernike多项式展开法和多相... 相对于理论研究和实验研究,数值模拟研究具有独特的优越性,包括参数可控和可实现系综平均等。因此,对于大仰角链路大气湍流影响研究等实验系统无法搭建的研究,可以采用光束传输的数值模拟方法来进行研究。在Zernike多项式展开法和多相位屏理论的基础上,建立了基于Zernike多项式的大气湍流多相位屏数值模型,实现了高斯光束水平链路(0°)和大仰角典型链路(30°、60°)大气传输的数值模拟,并利用水平链路到达角(AOA)起伏方差经验计算公式对3组900次水平链路数值仿真结果进行了分析。结果表明,数值模拟到达角起伏方差和实验值误差在5%以内,多相位屏数值模型是有效的。该工作对自由空间光通信系统中大气湍流影响研究具有重要意义。 展开更多

关键词 光通信 自由空间光通信 大气湍流 相位屏 ZERNIKE多项式 到达角起伏

原文传递

湍流大气传输高斯谢尔光束的到达角起伏 被引量：17

2

作者 张逸新 陶纯堪 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第3期424-427,共4页

研究了在弱大气湍流起伏环境下以窄带宽高斯谢尔光束为激光光源的大气通信问题,分析了大气湍流强度和光源空间相干度对通信光束到达角起伏的影响采用窄带宽光场的交叉谱密度函数代替光场互相干函数的近似方法和采用包含大气湍流内外尺... 研究了在弱大气湍流起伏环境下以窄带宽高斯谢尔光束为激光光源的大气通信问题,分析了大气湍流强度和光源空间相干度对通信光束到达角起伏的影响采用窄带宽光场的交叉谱密度函数代替光场互相干函数的近似方法和采用包含大气湍流内外尺度的简化折射率谱密度函数,得出了湍流大气中传输高斯谢尔光束的波结构函数(WSF)和到达角起伏方差解析近似关系分析表明。 展开更多

关键词 相位结构函数 到达角起伏 大气湍流

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光束在强湍流区中传播的到达角起伏 被引量：11

3

作者 高宠 马晶 谭立英 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第6期891-894,共4页

基于修正Rytov理论,导出了适用于强湍流区的无限平面波和球面波的到达角起伏方差表达式及其功率谱表达式,分析了散射盘对到达角起伏的影响。研究结果表明:导出的方差表达式在弱湍流区也适用,随着Rytov方差的增加到达角起伏趋于饱和;高... 基于修正Rytov理论,导出了适用于强湍流区的无限平面波和球面波的到达角起伏方差表达式及其功率谱表达式,分析了散射盘对到达角起伏的影响。研究结果表明:导出的方差表达式在弱湍流区也适用,随着Rytov方差的增加到达角起伏趋于饱和;高频功率谱的下降速度随着散射盘尺度的增加而增加。 展开更多

关键词 大气光学 到达角起伏 方差 功率谱 强湍流区

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激光大气湍流传输光强起伏及光斑面积实验分析 被引量：12

4

作者 娄岩 姜会林 +1 位作者 陈纯毅 佟首峰 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2011年第3期515-519,共5页

利用激光大气通信系统在长春市区进行了近地面激光大气传输实验,对接收不同孔径的光强起伏进行了昼夜观测,每次以0.01Hz采样频率连续采集10min数据作为样本,将计算出的光强起伏方差和到达角起伏方差归一化,进而计算出长春地区的实际大... 利用激光大气通信系统在长春市区进行了近地面激光大气传输实验,对接收不同孔径的光强起伏进行了昼夜观测,每次以0.01Hz采样频率连续采集10min数据作为样本,将计算出的光强起伏方差和到达角起伏方差归一化,进而计算出长春地区的实际大气折射率结构常数,并对不同孔径接收的光斑面积进行了分析和计算,实验结果表明:9月份的C2n值要比12月份高两个数量级;而从光斑面积随着统计数据分布的规律可以看出,相比200mm的接收孔径,接收孔径为55mm时统计方差大大降低,说明大孔径接收时光斑面积要大,可有效抑制光斑面积随时间的起伏效应,所得的结果对大气信道激光通信研究具有一定的借鉴作用。 展开更多

关键词 激光大气传输 折射率结构常数 光强起伏 到达角起伏 光斑面积

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激光大气折射率结构常数测量实验与分析 被引量：11

5

作者 陈纯毅 杨华民 +3 位作者 佟首峰 刘云清 韩成 刘鹏 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2006年第z1期422-426,共5页

在相距600 m 的两地进行了静态激光大气传输实验,并对接收到的光强和光束到达角起伏进行记录.以每10min 所记录的数据作为样本,计算出光强起伏方差和到达角起伏方差,并根据理论孔径平滑因子计算出点接收时的光强起伏方差,再分别根据光... 在相距600 m 的两地进行了静态激光大气传输实验,并对接收到的光强和光束到达角起伏进行记录.以每10min 所记录的数据作为样本,计算出光强起伏方差和到达角起伏方差,并根据理论孔径平滑因子计算出点接收时的光强起伏方差,再分别根据光强起伏方差和到达角起伏方差计算出大气折射率结构常数.最后,得到一天之内大气折射率结构常数的变化曲线,并分析得出大气折射率结构常数在早晨和傍晚存在极小值. 展开更多

关键词 大气折射率结构常数 激光大气传输 大气湍流 孔径平滑 到达角起伏

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部分相干光在湍流大气中传输的研究进展 被引量：11

6

作者 钱仙妹 朱文越 饶瑞中 《大气与环境光学学报》 CAS 2008年第2期81-91,共11页

简要回顾了部分相干光在湍流大气中传输的主要研究方法,包括广义惠更斯-菲涅尔原理、交叉谱密度函数、相干模态分解、光束有效参数和ABCD矩阵等理论解析法,以及随机相屏近似、相干模态重构和随机光脉冲等数值模拟方法;介绍了几种典型的... 简要回顾了部分相干光在湍流大气中传输的主要研究方法,包括广义惠更斯-菲涅尔原理、交叉谱密度函数、相干模态分解、光束有效参数和ABCD矩阵等理论解析法,以及随机相屏近似、相干模态重构和随机光脉冲等数值模拟方法;介绍了几种典型的部分相干光的定义及其真空传输衍射性质,从光束扩展、光强起伏和到达角起伏三方面介绍了部分相干光在湍流大气中传输特性的研究状况和主要研究成果;提出了应进一步深入研究的问题。 展开更多

关键词 光传播 湍流大气 部分相干光 光束扩展 光强起伏 到达角起伏

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大气湍流模拟装置性能测试 被引量：11

7

作者 申永 刘建国 +1 位作者 曾宗泳 徐亮 《大气与环境光学学报》 CAS 2011年第3期231-234,共4页

利用光传输实验的大气湍流模拟装置测量了光传输特性。采用到达角起伏和光强闪烁两种方法来测试光传输特性。测试结果表明,温差1～200℃时,Fried相干长度为0.7～40 cm;温差200℃时,到达角起伏谱频率能达到100 Hz;光强闪烁强度频率可达10... 利用光传输实验的大气湍流模拟装置测量了光传输特性。采用到达角起伏和光强闪烁两种方法来测试光传输特性。测试结果表明,温差1～200℃时,Fried相干长度为0.7～40 cm;温差200℃时,到达角起伏谱频率能达到100 Hz;光强闪烁强度频率可达100 Hz,湍流特征速度约0.1 m/s,外尺度约20 cm。湍流模拟装置所测的性能指标和实际大气湍流性能较为接近,并且湍流强度具有较好的稳定性和可控性,能满足光传输实验要求。 展开更多

关键词 大气湍流 光强闪烁 相干长度 到达角起伏 外尺度

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空间光通信的到达角起伏实验研究 被引量：10

8

作者 高宠 谭立英 +1 位作者 马晶 于思源 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第2期177-181,共5页

2006年上半年进行了距离为3200m的光束传输实验，对到达角起伏进行了24h昼夜观测。实验中，每分钟进行一次连续测量，每次以1kHz的信号采样频率连续采集10s，得到10000个到达角起伏实验数据，并反映了0．2-500Hz频段的信息。根据高采样... 2006年上半年进行了距离为3200m的光束传输实验，对到达角起伏进行了24h昼夜观测。实验中，每分钟进行一次连续测量，每次以1kHz的信号采样频率连续采集10s，得到10000个到达角起伏实验数据，并反映了0．2-500Hz频段的信息。根据高采样频率下的到达角起伏昼夜观测数据，分析了到达角起伏效应，并通过到达角起伏时间平滑因子，对曝光时间的平滑作用进行了研究。昼夜观测实验结果表明：在天气阴霾、能见度低的情况下。到达角起伏会显著减小；在强湍流区，到达角起伏出现饱和效应，在弱湍流区，到达角起伏的强度随着湍流强度的增加而增强；到达角起伏幅度随着曝光时间的增加而减小，由归一化协方差拟合关系得到的时间平滑因子计算结果与实验直接分析得到的结果一致。 展开更多

关键词 空间光通信 到达角起伏 时间平滑 湍流 曝光时间

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湍流特征光学测试对比 被引量：8

9

作者 景文博 赵思 +2 位作者 付强 王晓曼 姜会林 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第7期805-811,共7页

在10℃～230℃温差下,对大气相干长度r0分别采用夏克-哈特曼的到达角起伏法、差分像运动法、波面法三种测量法和四象限探测器进行了测试和对比;对折射率结构常量Cn2及闪烁功率谱分别采用夏克-哈特曼和光电倍增管进行对比.实验结果表明:... 在10℃～230℃温差下,对大气相干长度r0分别采用夏克-哈特曼的到达角起伏法、差分像运动法、波面法三种测量法和四象限探测器进行了测试和对比;对折射率结构常量Cn2及闪烁功率谱分别采用夏克-哈特曼和光电倍增管进行对比.实验结果表明:对于r0,在强湍流时四象限探测器比夏克-哈特曼的稳定性明显降低,且对夏克-哈特曼三种方法,差分像运动法可克服设备抖动等问题,但引入了方向上不一致的问题,波面法可有效避免该问题;对于Cn2,夏克-哈特曼比光电倍增管测量更稳定,拟合相关系数高达0.96;对于闪烁功率谱,由于噪音影响,在200℃时夏克-哈特曼比光电倍增管测得的最大频率高15Hz;最后,通过对夏克-哈特曼子孔径的闪烁功率谱分析得出,若同一子孔径入射光强不在CCD响应的线性区间时无法准确测量闪烁功率谱,否则可通过不同子孔径可完成湍流均匀性的测量.这将为湍流池提供最优的测试方法及理论依据. 展开更多

关键词 湍流模拟池 光学测试 夏克-哈特曼 闪烁功率谱 到达角起伏 光强闪烁

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光束在湍流大气中传播时的到达角起伏 被引量：5

10

作者 宋正方 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 1994年第4期517-524,共8页

利用马尔柯夫近似和平均强度的平方近似，导出了适用于整个起伏区域的到达角起伏方差的一般表达式。对于平面波和球面波传播的情况给出了到达角起伏方差的分析表达式。在特定条件下得到了与以前工作相同的结果，并得到实验支持，结果是... 利用马尔柯夫近似和平均强度的平方近似，导出了适用于整个起伏区域的到达角起伏方差的一般表达式。对于平面波和球面波传播的情况给出了到达角起伏方差的分析表达式。在特定条件下得到了与以前工作相同的结果，并得到实验支持，结果是合理的。 展开更多

关键词 湍流 大气传播 到达角起伏 光束

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临近空间“空-空”激光通信链路传输特性分析 被引量：7

11

作者 黄明 夏智勋 王林 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2009年第4期660-664,共5页

针对临近空间"空-空"激光通信链路的传输特性,进行了较为系统的研究。首先,对比临近空间的"空-地"链路和"空-天"链路,给出了"空-空"链路的大气信道特征:一方面,从大气成分等因素出发,指出了可... 针对临近空间"空-空"激光通信链路的传输特性,进行了较为系统的研究。首先,对比临近空间的"空-地"链路和"空-天"链路,给出了"空-空"链路的大气信道特征:一方面,从大气成分等因素出发,指出了可能造成"空-空"链路大气衰减的3种原因,得到了"空-空"链路的大气衰减信道;另一方面,由相关资料得到"空-空"链路所在空域的大气湍流尺度,再根据大气湍流尺度与激光光束直径的对比关系引发的湍流效应的不同,分析了"空-空"链路的大气湍流信道。其次,重点针对大气湍流效应,进行了仿真计算,得到了光强闪烁方差与通信传输距离、光强闪烁方差与激光波长、到达角起伏方差与传输距离的关系。最后,对计算结果进行了讨论。 展开更多

关键词 临近空间 激光通信链路 传输特性 光强闪烁 到达角起伏 方差

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自适应光学校正空地光通信到达角起伏的研究 被引量：5

12

作者 李芳 荣健 丁学科 《激光杂志》 CAS CSCD 北大核心 2007年第5期57-58,共2页

介绍了用自适应光学来校正到达角起伏的方法。通过数值计算对这一校正效果进行了分析研究。仿真结果表明:自适应光学能够很好地校正由大气湍流引起的到达角起伏方差。同时也证明了自适应光学系统的补偿效果与激光传输的距离和收、发孔... 介绍了用自适应光学来校正到达角起伏的方法。通过数值计算对这一校正效果进行了分析研究。仿真结果表明:自适应光学能够很好地校正由大气湍流引起的到达角起伏方差。同时也证明了自适应光学系统的补偿效果与激光传输的距离和收、发孔径的大小有关系。 展开更多

关键词 自适应光学 到达角起伏 湍流 光通信

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湍流大气中激光回波到达角起伏 被引量：6

13

作者 张逸新 《激光技术》 EI CAS CSCD 北大核心 1997年第1期25-29,共5页

本文运用几何光学近似，导出了湍流大气中束状反射回波的到达角起伏表达式。结果表明：当准直光束和聚焦于反射器的光束照明后向反射器时，回波不存在到达角起伏，而当准直光束照明平面反射器时。

关键词 到达角起伏 大气湍流 激光传输 反射效应

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M分布星地激光通信链路相干正交频分复用系统误码性能研究 被引量：6

14

作者 王怡 王亚萍 《通信学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第10期179-187,共9页

为了缓解大气湍流对星地激光通信系统性能的影响,基于M分布大气信道模型,在星地激光通信上行链路和下行链路中提出了一种多载波相干正交频分复用(OFDM)调制系统,推导了星地激光通信上行链路和下行链路相干OFDM调制系统误码率的闭合表达... 为了缓解大气湍流对星地激光通信系统性能的影响,基于M分布大气信道模型,在星地激光通信上行链路和下行链路中提出了一种多载波相干正交频分复用(OFDM)调制系统,推导了星地激光通信上行链路和下行链路相干OFDM调制系统误码率的闭合表达式。在弱大气湍流和强大气湍流下,分别研究了天顶角、接收孔径、信噪比、最佳束散角以及最佳发射半径与系统误码率的关系,并与二进制相干差分相移键控(DPSK)调制进行比较。理论和仿真对比结果表明,星地激光通信系统中采用相干OFDM调制系统的误码性能优于相干DPSK调制系统。 展开更多

关键词 星地激光通信 M分布 正交频分复用 光强闪烁 光束漂移 到达角起伏

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到达角起伏对上行星地激光通信系统性能的影响（英文） 被引量：5

15

作者 王怡 王运敏 马晶 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2018年第1期233-241,共9页

在Kolmogorov湍流模型下,建立了到达角起伏对星地激光通信误码性能影响的理论模型。基于该模型,推导了星地激光通信系统误码率的闭合表达式。综合考虑光强闪烁、光束漂移和到达角起伏,推导出三者共同作用下,星地系统上行链路的接收光强... 在Kolmogorov湍流模型下,建立了到达角起伏对星地激光通信误码性能影响的理论模型。基于该模型,推导了星地激光通信系统误码率的闭合表达式。综合考虑光强闪烁、光束漂移和到达角起伏,推导出三者共同作用下,星地系统上行链路的接收光强概率密度解析式以及误码率的闭合表达式。文中采用的调试方式是适合星地激光通信的相干探测圆偏振调制。针对上行链路,仿真分析了弱、中、强湍流下,三者共同作用时,星地激光通信系统的误码率,并与不考虑到达角起伏条件下进行了比较。还分析了到达角起伏与误码率的变化关系,以及在考虑发射功率受限的条件下,三者共同作用对系统性能的影响。研究结果表明,除了光强闪烁和光束漂移以外,到达角起伏也是通信性能中不可或缺的因素。 展开更多

关键词 星地激光通信 Kolmogorov湍流 到达角起伏 误码率

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星光成像的大气影响研究(Ⅱ):大气湍流

16

作者 陶志炜 戴聪明 +8 位作者 武鹏飞 任益充 梅海平 童杰 骆传凯 青春 冯云松 魏合理 饶瑞中 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期125-134,共10页

工作于近地空间的星敏感器,其观测过程将不可避免受到天空背景辐射、大气湍流以及大气折射的影响。本文是星光成像的大气影响系列文章之二,建立了湍流大气星光传输模型,研究了恒星成像的大气湍流影响。基于ERA5数据和光学湍流预报方法... 工作于近地空间的星敏感器,其观测过程将不可避免受到天空背景辐射、大气湍流以及大气折射的影响。本文是星光成像的大气影响系列文章之二,建立了湍流大气星光传输模型,研究了恒星成像的大气湍流影响。基于ERA5数据和光学湍流预报方法得到大气湍流参数廓线,计算了典型地区不同时刻及观测条件下星光的闪烁指数,对比星光闪烁的理论值,验证了数值计算的可靠性。研究了湍流大气中星光传输的闪烁效应及星像质心的抖动特性,得到了典型观测高度及观测天顶角情况下的恒星抖动量。研究表明:恒星抖动的到达角和到达角起伏与星光的闪烁指数呈正相关关系,提升星敏感器的观测高度、减小星敏感器的观测天顶角,能一定程度上减轻星光成像的大气湍流影响。 展开更多

关键词 星敏感器 恒星成像 大气湍流 闪烁指数 到达角起伏

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非科尔莫戈罗夫湍流情况下光学波前的到达角起伏方差分析 被引量：2

17

作者 饶长辉 姜文汉 凌宁 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第10期1323-1327,共5页

引入非科尔莫戈罗夫 (Kolmogorov)湍流情况下的归一化相位空间功率谱 ,针对 G倾斜和Z倾斜两种情形 ,分别推导了非科尔莫戈罗夫湍流情况下光学波前的到达角起伏方差与相位空间功率谱指数下降因子β和归一化大气湍流相干长度ρ0 之间的关... 引入非科尔莫戈罗夫 (Kolmogorov)湍流情况下的归一化相位空间功率谱 ,针对 G倾斜和Z倾斜两种情形 ,分别推导了非科尔莫戈罗夫湍流情况下光学波前的到达角起伏方差与相位空间功率谱指数下降因子β和归一化大气湍流相干长度ρ0 之间的关系。结果表明 ,对于 2 <β <4 ,非科尔莫戈罗夫湍流情况下光学波前的到达角起伏方差随着β的增加而增大 ,β相同时 ,G倾斜方差总是小于 Z倾斜方差。 展开更多

关键词 非科尔莫戈罗夫湍流 到达角起伏 光学波前

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弱海洋湍流中高斯光束的到达角起伏特性

18

作者 易湘 班堃 +1 位作者 刘欢欢 程明建 《光通信研究》 2023年第4期34-41,共8页

海洋湍流引起的到达角(AOA)起伏是影响水下通信和成像系统性能的关键因素。基于通用的海洋湍流光功率谱(OTOPS),文章采用适用于弱湍流条件的Rytov近似方法推导出高斯光束的波结构函数(WSF)以及AOA起伏方差的全区间解析解,并就上述物理... 海洋湍流引起的到达角(AOA)起伏是影响水下通信和成像系统性能的关键因素。基于通用的海洋湍流光功率谱(OTOPS),文章采用适用于弱湍流条件的Rytov近似方法推导出高斯光束的波结构函数(WSF)以及AOA起伏方差的全区间解析解,并就上述物理量及空间相干半径(SCR)在大间距(ρ?η,其中,ρ为间距,η为Kolmogorov微尺度)和小间距(ρ?η)渐近区间内的近似解进行了讨论。数值结果表明,当ρ?η时,现有结果在菲涅尔比Λ0=1附近存在较大偏差。在此基础上还分析了AOA起伏方差与ρ/η的关系。在渐近区间ρ?η内,AOA起伏方差几乎不变;当处于区间ρ≈η时,AOA起伏方差急剧减小;当处于渐近区间ρ?η时,AOA起伏方差的下降速度变得逐渐平缓。文章推导得到的结果更加准确并且适用范围更广,利用这些结果可以更好地研究高斯光束在弱海洋湍流中的传播特性。 展开更多

关键词 到达角起伏 海洋湍流 高斯光束 Rytov近似

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空间光通信中到达角起伏抑制研究 被引量：2

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作者 黎明 艾勇 +1 位作者 黄勇 曹阳 《China Communications》 SCIE CSCD 2010年第1期138-142,共5页

本文针对激光在湍流大气中传输时引起到达角的起伏,降低空间光——单模光纤耦合效率问题,提出采用FSM精跟踪控制系统能有效抑制大气湍流引起的到达角起伏扰动。由于到达角的起伏不确定性和PZT驱动中存在的迟滞、蠕变和位移非线性等不足... 本文针对激光在湍流大气中传输时引起到达角的起伏,降低空间光——单模光纤耦合效率问题,提出采用FSM精跟踪控制系统能有效抑制大气湍流引起的到达角起伏扰动。由于到达角的起伏不确定性和PZT驱动中存在的迟滞、蠕变和位移非线性等不足,精跟踪伺服系统设计中采用三层结构BP神经网络自学习方法,在线调整PID控制器的系数,通过PZT驱动精瞄偏转镜偏转,最终达到到达角起伏抑制。通过16km链路的空间光通信实验表明:光斑质心坐标基本成正态分布;抑制到达角起伏后,最大起伏幅度抑制了78%和起伏均方差减少了十分之四,光纤耦合效率提高了6倍,光功率相对波动幅度明显减小。 展开更多

关键词 光通信 到达角起伏 精跟踪 自适应神经网络PID 耦合

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湍流大气中激光聚焦光束后向散射的数值模拟 被引量：2

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作者 刘明娜 王小强 +2 位作者 吴毅 侯再红 张守川 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第12期1799-1802,共4页

对基于聚焦光束后向散射到达角起伏的湍流测量进行了数值模拟。通过近轴标量波动方程和分形相屏算法,提出了聚焦光束二次传输的数值模型,分别就固定点信标光源和聚焦光束后向散射的到达角起伏方差的统计特征进行了分析,并取得了很好的... 对基于聚焦光束后向散射到达角起伏的湍流测量进行了数值模拟。通过近轴标量波动方程和分形相屏算法,提出了聚焦光束二次传输的数值模型,分别就固定点信标光源和聚焦光束后向散射的到达角起伏方差的统计特征进行了分析,并取得了很好的相关性,得出了可以从聚焦光束的回波图像信号里提取大气湍流信息的结论。讨论了聚焦距离对固定点光源和回波光束的到达角起伏方差相似度的影响。 展开更多

关键词 大气湍流 到达角起伏 聚焦光束 分形

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