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物理学报 2013年第13期62卷 275-281页

作者：郭友明马晓燠饶长辉中国科学院光电技术研究所成都610209 中国科学院自适应光学重点实验室成都610209 中国科学院大学北京100049

基于时间功率谱反演生成的kolmogorov湍流时间序列,模拟分析了自适应光学控制系统跟踪回路与高阶误差校正回路在有限误差3dB带宽、有时间延迟情况下的闭环校正残余误差,得出了系统的跟踪残余方差、高阶残余方差与误差3dB带宽的数值拟合... 详细信息

基于时间功率谱反演生成的kolmogorov湍流时间序列,模拟分析了自适应光学控制系统跟踪回路与高阶误差校正回路在有限误差3dB带宽、有时间延迟情况下的闭环校正残余误差,得出了系统的跟踪残余方差、高阶残余方差与误差3dB带宽的数值拟合结果,修正了系统有效带宽的表达式,使其能更精确地估计校正残余方差.

关键词： kolmogorov湍流 Tyler频率 Greenwood频率有效带宽

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kolmogorov与Non-kolmogorov湍流相位屏的数值仿真方法研究

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计算机与数字工程 2019年第12期47卷 2982-2988页

作者：马春波黄可敖珺桂林电子科技大学

利用功率谱法、随机中点位移算法、线性插值法和统计插值法分别生成kolmogorov湍流与Non-kolmogorov湍流相位屏。通过对比模拟相位屏的高低频信息以及相位结构函数与理论结构函数的相对误差,分析了四种相位屏仿真方法分别在kolmogorov... 详细信息

利用功率谱法、随机中点位移算法、线性插值法和统计插值法分别生成kolmogorov湍流与Non-kolmogorov湍流相位屏。通过对比模拟相位屏的高低频信息以及相位结构函数与理论结构函数的相对误差,分析了四种相位屏仿真方法分别在kolmogorov湍流与Non-kolmogorov湍流模型下的适用性。分析的结果表明:随机中点位移算法无论是在kolmogorov还是Non-kolmogorov湍流模型下生成的相位屏高低频信息都较为充足,模拟效率高而且相位结构函数在两种模型下与理论值的相对误差最小。

关键词： kolmogorov湍流 Non-kolmogorov湍流相位屏模拟方法适用性

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到达角起伏对上行星地激光通信系统性能的影响（英文）

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红外与激光工程 2018年第1期47卷 233-241页

作者：王怡王运敏马晶中国计量大学信息学院浙江杭州310018 哈尔滨工业大学可调谐激光器国家重点实验室黑龙江哈尔滨150001 金属矿山安全与健康国家重点实验室安徽马鞍山243000

在kolmogorov湍流模型下,建立了到达角起伏对星地激光通信误码性能影响的理论模型。基于该模型,推导了星地激光通信系统误码率的闭合表达式。综合考虑光强闪烁、光束漂移和到达角起伏,推导出三者共同作用下,星地系统上行链路的接收光强... 详细信息

在kolmogorov湍流模型下,建立了到达角起伏对星地激光通信误码性能影响的理论模型。基于该模型,推导了星地激光通信系统误码率的闭合表达式。综合考虑光强闪烁、光束漂移和到达角起伏,推导出三者共同作用下,星地系统上行链路的接收光强概率密度解析式以及误码率的闭合表达式。文中采用的调试方式是适合星地激光通信的相干探测圆偏振调制。针对上行链路,仿真分析了弱、中、强湍流下,三者共同作用时,星地激光通信系统的误码率,并与不考虑到达角起伏条件下进行了比较。还分析了到达角起伏与误码率的变化关系,以及在考虑发射功率受限的条件下,三者共同作用对系统性能的影响。研究结果表明,除了光强闪烁和光束漂移以外,到达角起伏也是通信性能中不可或缺的因素。

关键词：星地激光通信 kolmogorov湍流到达角起伏误码率

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基于微透镜阵列的大气湍流池湍流特征检测

基于微透镜阵列的大气湍流池湍流特征检测

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作者：赵思长春理工大学

学位级别：硕士

大气湍流对激光传输造成了严重的破坏,极大地影响了激光长距离传输,严重制约了自由空间中激光通信的发展。因此,大气湍流特征的检测,是激光在湍流大气中传输特性研究的必要条件。本文利用基于微透镜阵列的探测器,对空气对流湍流池的湍... 详细信息

大气湍流对激光传输造成了严重的破坏,极大地影响了激光长距离传输,严重制约了自由空间中激光通信的发展。因此,大气湍流特征的检测,是激光在湍流大气中传输特性研究的必要条件。本文利用基于微透镜阵列的探测器,对空气对流湍流池的湍流特征进行检测,并对检测结果进行了分析。本文首先由大气湍流统计特征理论出发,介绍了大气湍流结构函数、谱模型和基本特征参数;其次,从检测实验的角度,介绍了空气对流湍流模拟池的工作原理、光电探测器工作原理以及对湍流池湍流特征检测的数学模型;最后,详细介绍了湍流池湍流特征检测的实验系统,并对夏克-哈特曼波前探测器检测到的湍流池湍流均匀性、稳定性、闪烁功率谱以及湍流特征参数进行分析。本文的研究不仅为大气湍流池湍流特征的检测提供了有效的方法和可靠的实验数据,同时对于研究大气湍流对激光传输的影响等方面具有十分重要的意义。

关键词：大气湍流池湍流特征微透镜阵列光学测试 kolmogorov湍流

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模拟大气湍流装置畸变波前时空特性的测量与分析

模拟大气湍流装置畸变波前时空特性的测量与分析

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作者：谭涛中国科学院研究生院（光电技术研究所）

学位级别：硕士

大气湍流是大气中一种不规则的随机运动,对大气湍流的研究大多是利用湍流统计理论进行的。大气湍流的数理模型主要有kolmogorov湍流和非kolmogorov湍流。一般通过空间特征和时间特征来反映湍流畸变波前的特性。空间特征主要有大气相干... 详细信息

大气湍流是大气中一种不规则的随机运动,对大气湍流的研究大多是利用湍流统计理论进行的。大气湍流的数理模型主要有kolmogorov湍流和非kolmogorov湍流。一般通过空间特征和时间特征来反映湍流畸变波前的特性。空间特征主要有大气相干长度、相位结构函数等;时间特征主要有时间常数、Greenwood频率和波前相位时间功率谱等。自适应光学系统(Adaptive Optics System)主要用来补偿大气湍流造成的随机波前畸变。在自适应光学系统中,波前探测器探测经湍流扰动的光波前,通过有效的波前控制算法,由波前校正器进行补偿。当观测目标发出的光太微弱而且附近区域没有足够亮的星体提供波前扰动的探测时,就需要利用激光导引星(Laser Guide Star,LGS)。大气湍流的时空特性决定了自适应光学系统的校正效果。为了在实验室内研究LGS条件下与湍流时空特性匹配的校正方法,搭建了室内自适应光学系统平台,其中湍流模拟装置是基于LGS的自适应光学系统平台的主要部分之一。本文采用了两种方式产生室内可控的大气湍流,分别是旋转随机相位屏方法和热风式湍流模拟器,但这两种方式产生的模拟湍流的时空特性尚未得到仔细研究。本文的目的就是准确测量和分析模拟湍流产生的畸变波前的时空特性,并预估不同的模拟湍流条件下自适应光学系统的校正效果。对于旋转随机相位屏模拟大气湍流,得到不同转速下大气相干长度、65阶Zernike系数的方差分布曲线,表明旋转随机相位屏模拟的大气湍流低阶倾斜像差较大。随着相位屏转速的增加,时间常数减小,Greenwood频率增大。实验结果表明利用旋转随机相位屏模拟的大气湍流的时空特性基本符合kolmogorov湍流统计理论。对HT200型热风式湍流模拟器,分析了热风温度和风速变化对湍流强弱的影响。当风速固定时,随着温度的增加湍流增强;当温度不变时,随着风速的增加湍流减弱。通过对相位结构函数和Zernike系数方差分布曲线的分析发现,与kolmogorov湍流相比,热风式湍流模拟器的高阶像差较大,而低阶像差偏小。其相位结构函数指数约为4/3,与Kolmogrov湍流的指数5/3不同。认为热风式湍流模拟器产生的湍流是一种非kolmogorov湍流。基于冻结湍流假设,分析了运动目标条件下湍流像差空间平移与时间延迟的关系。利用复原相差的图像平移模拟提前LGS偏角的方法,研究了运动目标条件下利用提前LGS偏角提高校正效果的可行性。结果表明,旋转随机相位屏湍流模拟器的波前残差降低了50%以上,热风式湍流模拟器的波前残差降低了10%左右。两种湍流时空特性的不同是造成校正效果差异的主要原因。全文通过搭建实验平台,对旋转相位屏和热风湍流模拟器时空特性进行了测量,并预估了不同的模拟湍流条件下自适应光学系统的校正效果。未来将加强对非kolmogorov湍流的理论分析,并开展模拟湍流条件下的LGS自适应光学系统校正实验研究。

关键词：自适应光学湍流模拟器随机相位屏热风式湍流模拟器 kolmogorov湍流

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