红外与激光工程
2024, 53(2): 20230441
陆军工程大学通信工程学院, 江苏 南京 210007
针对大气湍流影响下的地-空斜程逆向调制无线光(FSO)通信问题,基于三层高度谱模型对逆向调制斜程链路下的光强闪烁进行研究,推导弱湍流下大气湍流衰落系数的概率密度函数表达式,在此基础上深入研究系统的平均中断概率、平均误码率和平均信道容量,分析天顶角、湍流强度以及接收孔径大小等因素对系统通信性能的影响。研究结果表明,在低信噪比和长距离通信的情况下,适当增大接收机孔径,地-空斜程逆向调制无线光通信系统依然可以保持较好的通信性能,随着天顶角和近地大气折射率结构常数的减小,湍流对斜程通信链路的影响也有明显减弱。
大气光学 逆向调制光通信 大气湍流 斜程激光通信 误码率分析 光学学报
2021, 41(18): 1801002
基于海空红外图像提出了海空大气模型，分析并研究了大气环境对红外热成像系统成像的对比传递函数。以红外热成像系统为例，对海空大气模型中斜程路径的大气对比传递函数进行了计算，分析了观测距离、大气密度、目标海拔高度、大气程辐射、路径天顶角对大气对比传递函数的影响。实验结果表明，大气传输路径的观测距离、大气密度、大气程辐射、天顶角与大气对比传递函数成反比。该结果可以用于预估实际应用时大气对红外热成像系统的影响，为提高红外热成像系统的成像性能提供基础。
成像系统 红外成像 海空大气模型 大气对比传递函数 斜程路径 成像性能 激光与光电子学进展
2017, 54(11): 111104
1 西安工业大学光电工程学院， 陕西 西安 710021
2 西安电子科技大学物理与光电工程学院， 陕西 西安 710071
基于广义惠更斯-菲涅耳原理和Stokes参数法研究了部分相干平顶电磁光束在湍流大气中斜程传输的偏振度特性，不仅讨论了电磁光束同一极化方向上的偏振度以及交叉极化的偏振度，还讨论了光束阶数、天顶角、频率、接收高度等因素对偏振度的影响。数值分析结果表明：激光在湍流大气中斜程传输时通过提高接收高度可减小天顶角对偏振度的影响；光束偏振度随着光束阶数的增大而减小；在中心角频率附近，偏振度随着频率的增大而减小；与只考虑同极化的偏振度不同，考虑交叉极化的偏振度时，偏振度随着传输距离的增大，变化无界。
大气光学 湍流大气 偏振度 交叉谱密度矩阵 斜程传输 平顶光束 中国激光
2016, 43(11): 1105001
西安理工大学 自动化与信息工程学院，陕西 西安 710048
基于广义惠更斯-菲涅耳原理、交叉谱密度函数，利用修正Von Karmon谱模型以及ITU-R颁布的大气折射率结构常数模型，推导出部分相干高斯-谢尔光束在大气湍流中传输时的束宽及角扩展表达式，讨论并对比斜程和水平两种传输方式下天顶角、传输距离、湍流强度、相干长度等参数对光束束宽与角扩展的影响，同时分别从相对束宽和相对角扩展的角度分析各种参数对于光束抑制湍流能力的影响，并给予相应的物理解释。结果表明：当天顶角小于π/3时，光束在斜程传输时的光束扩展和角扩展量接近于垂直传输，所受湍流影响很小。传输距离大于1 km时，束宽和相对束宽随传输距离的增加而明显增加。光束相干长度越大，光束所受湍流影响越大，而束宽及角扩展会随之减小。
部分相干光 斜程传输 光束扩展 角扩展 partially coherent beam propagation along a slant path the beam width the angular spread
1 西安电子科技大学理学院，陕西 西安 710071
2 咸阳师范学院物理与电子工程学院，陕西 咸阳 712000
激光在强湍流中的传输以及斜程传输问题是随机介质波传播研究中的热点，也是难点。文中尝试建立一个可以在任意湍流环境下通用的激光传输二阶矩演化模型。首先利用广义惠更斯-菲涅尔原理及球面波结构函数的二次近似推导了高斯-谢尔波束在大气湍流中传输时的互相干函数表达式。建立了波束互相干函数的三参数模型，得到了三参数的递进公式。利用三参数迭代法计算了部分相干波束在强湍流中及斜程传输时的等效波束半径及相干长度。计算结果证明了在强湍流中，相比于直接利用广义惠更斯-菲涅尔原理的计算结果，迭代法得到的等效半径较小，而相干长度较大。在斜程路径上，上行与下行传输激光的统计特性是不同的。
大气光学 广义惠更斯一菲涅尔原理 二阶矩 强湍流 斜程传输 atmospheric optics extended Huygens-Fresnel principle second-order moment strong turbulence slant path
西安理工大学自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710048
根据广义的Huygens-Fresnel原理和修正Von Karmon谱模型，推导出了部分相干高斯-谢尔模型(GSM)光束上行传输时的平均光强解析式；获得了GSM 光束经角反射器回波后下行传输到接收端的平均光强表达式，并对其进行归一化处理；分析了GSM光束在上行-下行传输过程中平均光强的变化，且发射端和接收端在同一高度。数值分析结果表明：在大气湍流双程斜路径传输中，准直光束受湍流的影响比聚焦光束小；接收端在轴归一化光强随角反射器半径的增大先增大，最终趋于定值；在轴归一化光强随湍流外尺度增大几乎无变化，随湍流内尺度的增大而减小。
光通信 大气湍流 斜程传输 平均光强 角反射器 光学学报
2015, 35(10): 1001001
西安电子科技大学物理与光电工程学院, 陕西 西安 710071
基于广义惠更斯-菲涅耳原理，理论上研究了具有随机相位的激光束阵列在湍流大气中的斜程传输特性。主要研究了湍流强度、占空比、传输高度和光束间的相位差对光束阵列平均光强的影响。研究结果表明：湍流会使合成光强减弱，光束扩展；同时，占空比越小，合成光场的峰值光强越小，即合成效果越差；随着光束间相位差的增大，主峰强度快速下降，最终合成光束近似于单束高斯光束模型。与水平传输时的结果进行了比较，结果显示大气湍流对斜程传输光束扩展的影响明显小于水平传输的情况。计算模型和结果为工程实际中合成方案的选择和评估提供了参考。
大气光学 大气湍流 随机相位 光束阵列 斜程传输
西安理工大学 自动化与信息工程学院, 西安 710048
基于Andrews和Philips经典漂移方差模型, 利用部分相干高斯-谢尔光束在大气湍流中斜程传输的光束扩展半径, 推导出考虑外尺度情况时部分相干高斯-谢尔光束斜程情况下的漂移方差表达式, 应用随高度变化的大气结构常量模型进行数值计算, 对比分析了部分相干光和完全相干光在大气湍流中的展宽和漂移特性.结果表明: 相同的传输条件下, 部分相干光比完全相干光的光束扩展更迅速, 受湍流的影响也更小；初始半径越大, 接收机高度越高, 光束的扩展效应越小；随着传输距离的增大, 光束的质心漂移方差随光束初始半径的增大而减小, 不同相干性的光束漂移方差变化很小；完全相干光的光束漂移受波长的影响较小, 而部分相干光的波长越长, 漂移越明显.
光束扩展 光束漂移 光束漂移模型 高斯-谢尔光束 大气湍流 斜程传输 Beam spread Beam wander Beam wander variance model Gaussian-Schell model beam Atmospheric turbulence Slant path
太原理工大学 物理与光电工程学院, 太原 030024
根据光波斜程传输理论以及随高度变化的ITUR大气折射率结构常数模型，考虑内尺度及从发射机到目标和从目标到接收机双斜程路径影响的条件下，应用修正Hill湍流折射率起伏功率谱，对反射器目标激光回波闪烁指数进行了研究。推导了回波闪烁指数随菲涅耳率的变化关系，数值分析了不同内尺度、传输距离、激光波长以及目标高度对回波闪烁指数的影响。结果表明：内尺度和目标高度对回波闪烁指数的影响要远大于波长和传输距离的影响。
大气光学 斜程湍流 目标回波 闪烁指数 修正Hill谱 atmospheric optics turbulence in slant path target’s echo wave scintillation index modified Hill spectrum
