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。     

激光束在大气中的传播特性研究

激光大气传输特性是研究激光在通过大气传播的过程中,大气与激光相互作用产生的一系列线性与非线性效应以及这些效应对激光传输的影响。文章基于正的共焦非稳定谐振腔的激光场,采用快速傅里叶变换(FFT)等方法研究激光光束在大气中的传播特性,分析了强激光器如二氧化碳激光器在大气传输中产生的一些线性光学效应,并在只考虑大气折射、大气分子吸收等对激光光束的影响下,求出了激光光束在大气中的偏移、光束的扩展和光束质量等,进而利用β参数和Strehl比来评价高能激光器的光束质量特性,给出了这两个参数随着最高能量变化的图形。     

大气湍流下自由光通信信道模型的数值仿真

由于大气湍流作用,使得自由空间光通信(free-space optical communication,FSO)系统同时受到平均光信号功率损失和随机功率衰落的影响,极大地影响了系统的通信质量。文中基于随机相位屏模型,数值仿真了光束在大气湍流中传输,分析和比较不同条件下大气湍流效应对激光传输质量的影响。在此基础上,给出了一种基于大气湍流效应的自由空间光通信信道模型,通过大量数值计算方法,得到FSO湍流信道传输函数的概率密度函数曲线,计算出在大气湍流影响下系统的误码率性能。     

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。     

对流湍流发生池的设计与性能

本文介绍了用于模拟大气湍流的对流湍流发生池的结构设计与主要技术参数。通过不断的测试与改造,使湍流池的温度起伏谱与大气湍流相似,而且可方便地对湍流强度进行控制,具有较好的重复性、平稳性,可用于自适应光学的补偿实验,是激光传输和光学工程实验的理想装置。     

大气湍流对激光传输的影响

当激光在湍流大气中传播时,大气湍流折射率场的起伏导致了激光波震面的畸变,破坏了激光的相干性,而相干性退化将削弱激光的质量,表现在光束相位的随机起伏、光束的随机漂移、能量在光束截面上的重新分布（畸变、展宽、破碎等）以及由此而引起的光强起伏等。本文介绍了大气湍流的形成及基本特性,并着重讨论了湍流对激光传输的影响。     

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...     

空间光通信中高斯光束传输闪烁指数测量系统

基于ARM9嵌入式MCU设计并制作了闪烁参数测量系统,利用该系统对激光在实际湍流中的闪烁指数进行实验测量.在实际测量中,证明该系统能实时地测量激光在湍流大气中传输的闪烁指数.实验结果表明:当高斯光束在湍流大气中的传输距离越大,其闪烁指数越大;在相同位置处,高斯光束的闪烁指数随着湍流强度的增加而增大.     

《湍流大气中激光能量输运的相关问题研究》

正《湍流大气中激光能量输运的相关问题研究》是物理与电子工程学院季小玲教授于2011年获得立项的国家自然科学基金面上项目,项目编号为61178070。能源和环保问题是人类今后将面临的两大严峻问题。地球之外有丰富的太阳能,利用激光辐射把转换的太阳能输运到地面上是一个全球性的再生能源新概念。之前的工作仅限于提出了利用自聚焦效应可减少对发射器和接收器尺寸的要求,将强激光束从空间轨道输运到地面。然而,对于强激光的大气传输,光束畸变以及大气非均匀湍流等因素对光束质量的影响是十分显著的。本项目研究了球差效应对强激光大气能量     

多注行波管慢波结构的耦合阻抗研究

文章从理论上分析了多注行波管耦合阻抗原理,利用自行研制的数值软件建立了多注行波管慢波结构模型,模拟了多注慢波耦合特性,得到耦合阻抗曲线,并分析了相关参数对多注行波管耦合阻抗的影响;最后得出结论,多注行波管耦合阻抗较大,故其波注互作用效果明显,增益较高。     

多波束阵列天线系统信道校准方法

基于Butler矩阵多波束天线系统实现蜂窝小区覆盖的基本原理和对多波束相关系数与阵列单元间距关系的研究,提出了在天线方向图矢量中引入窗函数和改变阵列单元间距的方法以改进系统的性能.针对无线信道衰落特性的不确定性以及Butler矩阵多波束网络的随机误差,给出了一种多波束阵列天线幅相误差的改进校准方法.该方法采用非正弦信号AC(alternating code)码作为正交编码信号集,发送一组正交编码信号到多波束阵列天线,接收端相干检测并以向量的形式累积,通过正交编码矩阵的逆矩阵解码得到校正因子,利用校正因子对Butler多波束天线的幅相误差进行修正.仿真结果表明该校准算法准确、有效,经幅相误差校准的多波束阵列天线可以实现小区的多波束覆盖.     

多波束声纳数字测深与改正模型

建立了多波束系统数字测深与波束角效应改正模型。根据多波束系统工作原理,建立多波束系统数字水深测量模型,对其中波束角效应产生的测深影响进行改正,进而模拟测量了海底地图,并以实际海底水深数据进行检验。结果表明,该模型比较符合理论分析及实际情况,测深改正效果明显。     

基于自适应捕获算法的数字多波束抗干扰系统的应用

 针对宽带多星多波束应用现状和场景,提出了数字多波束抗干扰捕获算法和高稳健性接收机整机设计实现方法。该方法基于卫星接收机,以惯导提供的航向、俯仰角和横滚角为条件,确定单约束的导向矢量,推导出空时自适应处理结构的数字多波束改进型捕获算法。仿真实验表明,改进后的算法实现了多波束数据的合理应用,能够稳定载波相位,增强空间增益,提高空域分辨率。     

特种机械系统动力参数的优化设计

鉴于特种机械的发展趋势,本文介绍了某武器的发射原理样机方案。应用内弹道和气体动力学理论建立了原理样机的火药燃气作用的数学模型。应用复合形法建立了系统动力学参数优化的数学模型,并对影响该武器性能的因素进行优化,得出了改进设计的优化结果。     

导弹热发射燃气射流对发射筒的影响

为研究导弹热发射过程中燃气射流对筒体的热冲击和动力冲击效应,基于三维、雷诺平均Navier-Stokes方程和RNG(renormalization-group)κ-ε湍流模型,采用域动分层法模拟导弹发射过程,得到了导弹发射过程中筒内的温度、速度、压强云图及筒壁监测点的压强和温度变化曲线。结果表明:发射筒前后盖打开以后,筒内燃气无反射回流现象;导弹发射过程中,筒内的高压燃气向外压迫筒壁,使筒体产生最大变形为0.68 mm;发射筒在最大温度载荷作用下产生的热变形为0.1 mm。     

远程无线电导航系统的定位误差分析及其仿真

针对无线电导航系统定位的原理，根据双曲线定位的特点详细地推导了径向定位误差，并且分析了几何精度因子对定位精度的影响．最后仿真了不同台址的分布随着经、纬度和距离的变化，其影响定位的GDOP三维分布图和等精度曲线平面图．     

大气湍流对受光阑限制的多色高斯-谢尔模型光束总光强分布特性的影响

基于广义惠更斯-菲涅尔原理,采用Rytov相位结构函数二次近似和窗口函数的复高斯展开法,推导出了受光阑限制的多色高斯-谢尔模型(GSM)光束在大气湍流中的总光强公式,详细研究了大气湍流对受光阑限制的多色GSM光束总光强分布特性的影响.研究表明,光束截断参数、光束相干参数和源光谱带宽越小,大气湍流对受光阑限制的多色GSM光束总光强影响就越小.特别地,湍流对受光阑限制的多色GSM光束的影响比无光阑限制时要小;在大气湍流和自由空间中,受光阑限制的多色GSM光束比准单色GSM光束扩展大.     

高斯-谢尔光束通过湍流大气任意粗糙目标的散射统计特性

基于广义惠更斯-菲涅耳原理和任意粗糙目标模型,考虑大气湍流对激光从发射机到目标和从目标到接收机的影响,研究部分相干高斯-谢尔光束经任意粗糙目标散射后的统计特性.我们假设相位结构函数占优,推导了接收场处互相关函数的表达式,平均强度以及波前相干长度大小,并对此进行数值模拟.结果表明,接收面的平均强度与粗糙面的横向相关长度与表面高度均方根有关;接收场的波前相干长度与湍流强度、表面粗糙度、传播距离和光源相干度有关.     

基于改进的三维Douglas-Peucker算法的多波束测深数据抽稀方法

 为压缩海量多波束测深数据,提出了一种利用三维D-P 算法进行多波束测深数据抽稀的方法。首先对三维D-P 算法中首基面的确定进行改进,使得算法运行效率提高数十倍,然后利用该算法对中国北部某海域的多波束测深数据进行数据抽稀的实验和验证,取得了较好的实验效果,表明该方法能够较好地抽取海底地形的特征点信息,适用于多波束测深数据的抽稀。该方法符合多波束测深系统的面测量模式,实现了三维空间下的具有全局性特点的数据抽稀,其渐进式数据选取方式,可以为建立海底地貌LOD（细节层次模型）提供不同精度要求的抽稀数据,具有良好的应用前景。