大气湍流对IM/DD无线激光通信系统误码率的影响

分析了湍流大气中的高斯光束传输模型,忽略系统其它噪声,仅考虑大气湍流和量子噪声引起的系统误码率.推导出了大气湍流和量子噪声与系统误码率之间的关系,然后通过数值仿真,分析了大气湍流和量子噪声对IM/DD无线激光通信系统的影响.结果表明:在一定通信距离下,增大接收天线孔径或者发射光束的腰斑半径,能够有效减小大气湍流造成的系统误码,提高系统对湍流的抗干扰能力.这为设计更合理的无线激光通信系统提供了理论依据.     

部分相干环状平顶光束在大气湍流中的传输特性

文章研究了部分相干环状平顶光束在大气湍流中的传输性质,并推导出该光束在大气湍流中的角扩散解析表达式.研究表明,在一定条件下,两个不同的部分相干环状平顶光束、环状高斯谢尔模型（GSM）光束能够在自由空间及大气湍流中传输具有相同的角扩散.对该理论结果给出了相应的物理解释.     

部分相干环状平顶光束在大气湍流中的传输特性

文章研究了部分相干环状平顶光束在大气湍流中的传输性质,并推导出该光束在大气湍流中的角扩散解析表达式.研究表明,在一定条件下,两个不同的部分相干环状平顶光束、环状高斯谢尔模型(GSM)光束能够在自由空间及大气湍流中传输具有相同的角扩散.对该理论结果给出了相应的物理解释.     

标准拉盖尔高斯光束在非Kolmogorov湍流中的平均光强和束宽

基于广义惠更斯菲涅尔原理,通过将拉盖尔高斯光束场方程转化为厄米多项式的形式,计算得到了在非Kolmogorov湍流中传输的平均光强和均方根束宽表达式.数值结果表明,光束阶数越大,波长越长,传输距离越短,则归一化平均光强曲线转变为高斯形式越慢,同时,湍流幂律指数和内尺度越大,基模高斯束宽和湍流外尺度越小,非Kolmogorov湍流对标准拉盖尔高斯光束的作用越小.     

复宗量厄米双曲余弦高斯光束在湍流大气中的传输特性

根据广义的惠更斯-菲涅耳原理,推导了复宗量厄米双曲余弦高斯(EHChG)光束在湍流大气中传输时光强分布的理论公式,并研究光束在湍流大气中的传输变化规律.研究发现,EHChG光束在湍流大气中传输时,光强分布均趋于高斯分布.在湍流大气的影响下,EHChG光束由完全相干光变成部分相干光,并且随着传输距离和湍流强度的增加,光束...     

部分相干厄米-高斯光束在湍流大气中的M^2因子

基于广义惠更斯-菲涅耳原理和Winger分布函数二阶矩的定义,推导出部分相干厄米-高斯（PCHG）光束在湍流中的M^2因子的解析表达式,并进行了数值计算和分析.研究结果表明：湍流中PCHG光束的M^2因子由光束的阶数、相干长度、束腰宽度、波长以及湍流的折射率起伏结构常数和传输距离来决定;随着光束阶数、大气湍流的折射率起伏结构常数以及传输距离的增大,以及光束相干长度的减小,PCHG光束在湍流大气中的M^2因子明显增大;对于给定的传输距离,存在最佳初始束宽使大气湍流中PCHG光束的M^2因子最小;完全相干厄米-高斯光束和高斯-谢尔模型（GSM）光束在大气湍流中的M^2因子变化规律可以作为本文研究的特例.     

部分相干电磁厄米——高斯光束通过斜程湍流大气传输的偏振特性

从推广的惠更斯-菲涅尔原理出发,推导出了电磁光束的偏振态在湍流介质中传输的表达式。并以电磁厄米-高斯模型光束为例,研究了湍流对电磁厄米-高斯模型光束偏振态的影响。进一步采用ITU—R在2001年提出的随高度变化的大气结构常数模型,研究斜程湍流大气中激光波束偏振传输特性。     

激光在大气中传输特性的仿真研究

大气对激光传输产生光强闪烁、光束漂移及光斑扩展等影响,严重限制了激光通信、激光测距等系统的工作性能。因此全面开展大气信道中激光传输特性研究是十分重要和必要的。主要研究建立了大气吸收、大气散射衰减效应理论模型及光强起伏、光束漂移和光斑扩展等大气湍流效应影响模型。在分析各模型的基础上,重点进行大气吸收、散射理论模型的仿真和大气湍流对激光传输特性影响模型的仿真。仿真结果表明:大气的吸收和散射将对功率产生衰减;大气抖动引起的激光散斑效应、光束偏折和扩展效应将影响跟踪精度和视轴对准精度;大气湍流引起的光功率波动效应将影响通信的速率和误码率。     

厄米-高斯光束通过湍流大气的传输特性

基于广义惠更斯-菲涅耳原理,推导出了厄米-高斯（H-G）光束的三维光强在湍流大气中的传输方程,研究了H-G光束在湍流大气中的传输特性,并与H-G光束在自由空间中的传输特性进行了比较.研究表明,H-G光束在自由空间传输会保持H-G光束的特征,但是H-G光束在湍流大气中传输其光强要经历3个阶段的变化,最终成为类高斯分布.湍流的增强会使得H-G光束传输经历3个阶段的进程加快,湍流导致H-G光束扩展和最大峰值光强下降.但是,光束阶数越高的H-G光束受到的湍流的影响越小.     

一维线阵高斯光束通过湍流大气传输的远场光束质量研究

采用桶中功率(PIB)、β参数和Strehl比作为光束质量的评价参数,研究了一维(1D)线阵高斯光束通过湍流大气传输的远场光束质量.基于广义惠更斯-菲涅尔原理,推导出了其光强传输方程,以及PIB和Strehl比的解析表达式.研究表明,湍流使得光束质量下降.但是,光束数越多的1D线阵高斯光束受到湍流的影响越小;1D线阵高斯光束较高斯光束受到湍流的影响要小.     

用非相干叠加法研究部分相干光在湍流大气中的光束扩展

以高斯谢尔模型(GSM)光束作为部分相干光的典型例子,研究了部分相干光在湍流大气中的光束扩展.基于广义的惠更斯-菲涅耳原理,采用将GSM光束用高阶厄米-高斯光束的非相干叠加的方法得到了GSM光束在湍流大气中的均方根束宽表达式.研究表明,光束的扩展随着湍流大气的折射率结构常数C2n的增大而加剧,并且有较小相干长度σμ的GSM光束受湍流大气的影响比有较大σμ的GSM光束小.     

基于Cornell的自适应电离层闪烁强度的模型研究

针对Cornell模型在同一闪烁条件下,数据更新周期越长,估计和模型输入的幅度闪烁指数S4的偏差越大,并随着电离层闪烁的增强而增强的问题,提出基于Cornell模型的自适应S4的电离层闪烁模型即AS4-Cornell模型。模型以S4的偏差作为BP(back propagation)神经网络比例积分微分(proportional integral derivative, PID)算法的反馈,自动调整输入的复高斯白噪声的区段权值,使最终产生的闪烁信号满足模型输入的闪烁指数S4的指标。结果表明：仿真时,AS4-Cornell模型的幅度和相位闪烁序列概率分布均符合电离层闪烁理论,估算得到的电离层幅度指数S4与模型输入S4指数的最大偏差为0.001;全球定位系统(global positioning system, GPS)电离层闪烁模拟器测试时,AS4-Cornell模型估算得到的电离层幅度指数S4与模型输入S4指数的最大偏差为0.09;相比Cornell模型,AS4-Cornell模型产生的电离层闪烁信号更能够很好地反映模型输入的电离层闪烁指数S4的强度。     

离轴扭曲各向异性高斯-谢尔模型光束在湍流大气中的传播

该文基于广义惠更斯-菲涅耳原理,利用部分相干光复曲率张量推导出了离轴扭曲各向异性高斯-谢尔模型光束在湍流大气中传播的解析表达式,详细研究了该类光束在湍流大气中的传播特性.研究表明:离轴扭曲各向异性高斯-谢尔模型光束光斑在湍流大气中将退化为非离轴高斯圆形光斑;离轴参数与传播距离之间的关系曲线随着湍流强度的减弱、扭曲参数的增大以及光源相干性减弱变化缓慢.结果还表明,利用部分相干光复曲率张量分析各类高斯-谢尔光束在大气湍流中的传播和变换特性是一种简单有效的方法.     

部分相干涡旋光束在湍流大气中的相干性

根据广义的惠更斯-菲涅耳原理,得到了部分相干涡旋光束在湍流大气中传输时光谱相干性的理论表达式,然后详细研究了光束在湍流介质中传输时相干性的变化规律。研究表明,部分相干涡旋光束通过湍流介质后,光束的相干性主要受到湍流扰动强弱和光束所带的拓扑电荷数多少的影响,而与光源本身的相干性无关。光源所带的拓扑电荷数越多,光束的相干性越差;湍流扰动越强,光束的相干性越好。     

部分空间相干光K参数在湍流大气中的传输

基于广义惠更斯-菲涅尔原理,采用高斯-谢尔模型（GSM）光束作为部分空间相干光的典型例,研究了GSM光束K参数在湍流大气中的传输.研究表明：湍流要引起GSM光束扩展,但其光强仍然保持高斯分布,所以GSM光束在湍流大气中传输保持K=2不变.     

行星际闪烁（IPS）观测中的几个问题

行星际闪烁和电离层闪烁的强度功率谱覆盖的主要频段是不同的,因此可以区分．本文给出了行星际闪烁观测中电磁波频率与对应的弱散射最小日心距之间的定量关系式,以及闪烁指数随射电源日张角变化的曲线方程,并与观测事实进行了比较．     

激光通过大气随机信道光强分布的实时显示

分析了激光通过大气随机信道时光斑变化的影响因素，对接收光强进行了数值计算，用软件仿真模拟了光斑的实时变化。该系统可以方便、准确、形象地显示激光光斑的闪烁、漂移和分裂等现象，对于研究大气对无线光通信的影响，进一步优化激光通信系统的性能，实现全天候的大气激光通信具有参考价值。     

不同下垫面表面层的湍流度统计特征

经出了中性条件下六种不同地形的表面层湍流度的实测统计值。分析表明湍流度和地形特征和地形特征有紧密关系，表现出一定的规律性。说明有可能建立地形特征参数和统计平均湍流参数之间的经验或半经验关系。其中热力性能均匀的平均平坦地形的实测参数可作为类似地区的湍流度的估计值，也可作为对实测资料可靠性的参考判据。海湾地区湍流特征和风向有关，向岸的湍流度和稳定度（陆地气象资料分类）关系不很显著，应和离岸流分开分析。     

部分相干平顶光束通过大气湍流的传输特性

基于广义惠更斯菲涅尔理论和矩阵光学方法研究部分相干平顶光束在大气湍流中的传输特性.得到部分相干平顶光束交叉谱密度函数的矩阵解析表达式,通过分析交叉谱密度强度和相干度的变化得到部分相干平顶光对湍流的敏感性与距离传输、阶数的关系,可以看到低阶及远距离传输后的光束敏感性较低,而光束的光源阶数、自身相干特性和传输距离对其相干度的变化影响由于湍流的存在而变小.