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波束在湍流大气中的传播特性研究

作　者: 尹纪欣
导　师: 李德昌
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 光学
关键词: 大气湍流 大气结构常数 闪烁指数 修正Rytov方法 相位屏模拟
分类号: O436
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 126次
引　用: 2次
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内容摘要


本文从介绍湍流大气中波传播的基本理论出发,介绍了不同湍流层的大气结构常数模式,分析了影响大气结构常数的各种因素,给出了湍流统计理论中的谱模型,推导了湍流大气中波传播的解析方法,并把结果由平面波向球面波、高斯波束进行了推广,为研究湍流大气中的波传播奠定了基础。同时,在采用国际电信联盟(ITU-R)大气结构常数模型的基础上,结合修正Rytov方法推导出了平面波、球面波以及高斯波束在湍流大气中传播时的闪烁指数特性,进行了数值分析,并且对微波段和光波段的平面波、球面波的闪烁指数特性进行了比较。最后在采用哈夫那格尔(H-V5/7)湍流大气结构常数模型的基础上,分析推导了激光光束从发射机经湍流大气斜程到达接收机(或目标)时的光场变化;同时,采用McGlamery算法,对Kolmogorov功率谱下的大气湍流随机相位屏进行了模拟,进而在模拟的相位屏和Huygens-Fresnel原理基础上,将主要适用于模拟平面波相位波前的McGlamery算法推广应用到了高斯光束传播时的光场模拟,讨论了大气信道段对星地链路激光通信系统的影响。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章 引言  7-13
  1.1 研究背景和意义  7-9
  1.2 国内外发展动态  9-10
  1.3 本文的内容安排  10-13
第二章 大气湍流概述  13-25
  2.1 大气湍流模型  13-17
    2.1.1 湍流的外尺度与内尺度  14-15
    2.1.2 局部均匀各向同性湍流（柯尔莫哥洛夫理论）  15-17
  2.2 大气中C_n~2 的性质  17-21
    2.2.1 边界层湍流  17-20
    2.2.2 自由大气中C_n~2 的性质  20-21
  2.3 湍流统计理论中的谱模型  21-23
  2.4 本章小结  23-25
第三章 湍流大气中波传播的解析方法  25-43
  3.1 湍流大气中波传播的几种主要处理方法  25-26
  3.2 几何光学近似法  26-27
  3.3 Rytov微扰近似法  27-29
  3.4 随机函数的谱分解  29-34
    3.4.1 谱分解法求几何光学近似结果  32-33
    3.4.2 谱分解法求微扰近似结果  33-34
  3.5 场的统计矩  34-37
  3.6 平面波结果向球面波、高斯光束的推广  37-41
  3.7 本章小结  41-43
第四章 湍流大气中波传播的传输特性研究  43-63
  4.1 大气湍流对光传输的影响  43-45
    4.1.1 光束漂移  44-45
    4.1.2 光束扩展  45
  4.2 大气湍流中光波水平传输的闪烁特性  45-53
    4.2.1 ITU-R大气结构常数模型  45-46
    4.2.2 修正Rytov微扰近似法  46-47
    4.2.3 不考虑内尺度时平面波的闪烁特性研究  47-49
    4.2.4 不考虑内尺度时球面波的闪烁特性研究  49-50
    4.2.5 考虑内尺度时的闪烁特性研究  50-53
  4.3 大气湍流中光波斜程传输的闪烁特性  53-59
    4.3.1 斜程传输中不考虑内尺度时平面波的闪烁特性研究  54-55
    4.3.2 斜程传输中不考虑内尺度时球面波的闪烁特性研究  55-57
    4.3.3 斜程传输中考虑内尺度时平面波的闪烁特性研究  57-58
    4.3.4 斜程传输中考虑内尺度时球面波的闪烁特性研究  58-59
  4.4 高斯光束在湍流大气中传输的闪烁特性  59-62
  4.5 本章小结  62-63
第五章 大气信道对星地链路激光通信的影响  63-75
  5.1 星地激光通信与大气信道模型  63-64
  5.2 高斯光束星地传播的理论模型  64-66
    5.2.1 自由空间高斯光束的传播  64
    5.2.2 湍流大气中高斯光束的传播  64-66
    5.2.3 闪烁指数  66
  5.3 大气湍流随机相位屏的数值模拟  66-68
  5.4 光场模拟及强度闪烁的数值分析  68-73
    5.4.1 光场分析  69-72
    5.4.2 闪烁指数分析  72-73
  5.5 本章小结  73-75
结束语  75-77
致谢  77-79
参考文献  79-87
攻读硕士期间参加科研项目与发表论文情况  87-88

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 光学 > 物理光学（波动光学）
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