激光在大气中传输特性的仿真研究

湍流大气中的光强起伏

第１２卷第２期２０１１年４月

空军工程大学学报（自然科学版）

ＪｏｕＲＮＡＬｏＦＡＩＲＦＤＲｃＥＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ

Ｖ０１．１２Ｎｏ．２

ｕＮＩＶＥＲｓｌ７ＩＹｊ

ＮＡＴｕＲＡＬｓｃＩＥＮｃＥ

ＥＤｎｌｏＮ）

Ａｐｒ．２０１ｌ

激光在大气中传输特性的仿真研究

付强，

姜会林，王晓曼

（长春理工大学，吉林长春１３００２２）

摘要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。关键词大气；激光传输特性；衰减效应；湍流效应

ＤＯＩ

１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９—３５１６．２０１１．０２．０１２

文献标识码Ａ

文章编号

１００９—３５１６（２０１１）０２一００５７一０５

中图分类号ＴＮ９２９．１２

激光在大气信道中进行传输时，与信道中的各种微粒发生相互作用，产生吸收和散射造成的大气衰减效应及大气湍流效应，使得接收端产生激光功率衰减、光强闪烁、光束漂移以及光斑扩展等现象，对激光通信、激光测距、激光告警、激光压制和激光探测等系统工作性能产生影响，严重时甚至无法进行工作…。大气对激光传输特性的影响见图ｌ。

在大气衰减效应方面，１９０８年由Ｇ．Ｍｉｅ提出了关

于波在介质中传输的最早理论——Ｍｉｅ理论。直到

１９６０年Ｒｏｚｅｎｂｅｒｇ对大气光散射的早期发展进行了详细地讨论。１９７６年Ｅ．Ｊ．ＭｃＣａｎＩｌｅｙ较详细的讨论了大气中的分子和气溶胶霾和云粒子的光散射。１９７８年结果。

在大气湍流效应方面，国外在２０世纪５０年代后期，’ｒａｔａｒＳｋｉｉ采用Ｒ”ｏｖ近似法并引入现代湍流的统计理论成为现今处理弱起伏条件下光波传播的经典理论。在强起伏情况下，Ｔａｔａｒｓｋｉｉ的理论己不再适用。随后出现的将Ｍａｒｋｏｖ近似引入求解光场的统计矩方程的方法得到了强起伏条件下的闪烁强度的渐进解，提出了强起伏理论，如Ｍａｒｋｏｖ近似理论，费曼路积分法，薄屏理论以及启发式理论【３Ｊ。

国内部分单位和研究院所在大气衰减、湍流理论方面进行研究，取得了一些结论，但依旧沿用国外现有理论，尚无较新的研究成果Ｈ“Ｊ。

图ＩＦｉ昏ｌ

大气对激光传输特性的影响

Ｃｌ麟ｉｆｉ∞ｔｉｏｎｏｆｌ鹊ｅｒ砸ｍｓｍｉｓｓｉ帆

ｃｈａｒ牝ｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎ出ｅａｔＩｒＩ∞ｐｈｅｍ

Ａ．Ｉｓｈｉｍａｍ已较详细地讨论了波在离散随机介质中的传播问题【２Ｊ。至今常用的理论和方法均基于以上研究

收稿日期：２０１０—０９—２７

基金项目：国家部委基金资助项目（Ａ３６２００８０２３０）

作者简介：付强（１９８４一），男，吉林长春人，博士生，主要从事激光大气传输特性及激光通信研究．

Ｅ—ｍａｉｌ：ｓｔｒｉｃｈ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ