斜程大气湍流信道激光回波轴向闪烁指数的研究

摘要

在自由空间光通信、激光雷达、目标跟踪等主动探测光学系统中，光波经斜程大气信道传输时，由于大气湍流折射率的随机起伏，接收到的回波信号会发生强度起伏现象，即光强闪烁效应。闪烁效应的存在严重制约了地空路径中光波传输应用的发展，因此十分有必要对光波回波信号的闪烁指数进行理论建模，以准确掌握光强闪烁效应的物理特性，为相关的激光传输系统提供理论方面的参考。
　　本文分别基于经典Rytov理论与修正Rytov理论，对单站及双站发射和接收系统斜程大气湍流信道光波回波的轴向闪烁指数进行了研究。
　　首先，对大气湍流相关理论及对闪烁指数构成影响的湍流要素进行了相关介绍。
　　其次，根据光波斜程传输理论及随高度变化的ITU-R大气结构常数模型，采用经典Rytov理论及修正Hill谱模型，同时考虑湍流内、外尺度影响，对球面波入射有限尺寸反射器目标回波的轴向闪烁指数进行了推导。数值计算并分析了不同参数时，回波轴向闪烁指数随着菲涅耳率的变化关系，结果表明：内尺度与外尺度、波长、目标高度均对闪烁指数构成影响，影响力的大小应综合考量各因素得以确定。
　　最后，利用修正Rytov理论，将点目标回波的闪烁指数模型拓展至湍流中等及强起伏条件，并利用随高度变化的外尺度对闪烁指数进行计算。数值分析表明：当湍流起伏较弱时，外尺度对于闪烁指数的影响远小于内尺度，但当系统处于中度及强起伏湍流时，随高度变化的外尺度影响作用明显，不可忽略。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要工作

第二章 大气湍流相关理论

2.1 概述

2.2 湍流模型

2.3 湍流折射率功率谱

2.4 湍流强弱判定

2.5 本章小结

第三章 斜程路径弱起伏条件下球面波回波轴向闪烁指数

3.1 概述

3.2 波束参数

3.3 大气湍流双程路径传输理论

3.4 球面波入射时回波的轴向闪烁指数

3.5 数值分析

3.6 本章小结

第四章 斜程路径强起伏条件下点目标回波闪烁指数

4.1 概述

4.2 强起伏条件下的湍流谱模型

4.3 强起伏条件下闪烁指数模型

4.4 点目标的回波闪烁指数

4.5 数值分析

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间取得的学术成果