激光在大气中传输特性的仿真研究(4)

湍流大气中的光强起伏

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空军工程大学学报（自然科学版）

２０１１年

２．２光束漂移

因为湍流影响，大气折射率梯度随机变化，使得光束整体偏折，统计平均的中心位置发生随机跳动，导致接收机探测器接收到的信号功率减弱。强湍流环境下，光束可能分裂成多束较细的光束，这种情况极易造成系统通信中断。理论分析得到对于准直高斯激光束和对于会聚高斯激光束的模型见下式一】：

准直高斯激光束：

＜ｐ：＞准直＝ｏ．９７ｃ：（２０）一１／３２３

会聚高斯激光束：

（１５）（１６）

＜ｐ：＞聚焦＝１．１０ｃ：（２口）一１／３≯

一般的光束偏折：５０ｐｍｄ＝ｌＯ”；光束弥散：１０斗ｒａｄ＝２”。

式中：ｃ：是大气折射率函数；口是接收器半径；ｚ是传输距离。根据理论分析得到的模型仿真的结果见图８。

图７Ｆｉ导７

Ｒ螂方差与闪烁指数之间的关系

ＶａＩｉ蚰∞ｏｆＲｙｌｏｖｗｉｎｌｔｌｌｅｎａｓＩＩｉｎｇｉｎｄ既

图８光束漂移方差随传播距离变化关系

ｎ昏８

Ｖｄ明ｃｅ０ｆｂｅ姗ｄｍｗｉｔ｝ｌｔｌｌｅｐｒｏｐａ卵ｔｉ∞ｄｉｓｔａｎｃｅ

２．３光束扩展

光束扩展由衍射和湍流旋涡的扩展引起的，光斑面积的变化，造成光束展宽大于衍射展宽。降低了光束截面内的功率密度，使接收机接收到的光功率降低，恶化了系统性能。理论分析得到的长期曝光扩展、短期曝光扩展模型如下¨０｜：

长期曝光，当ｚ《（瑶ｃ２妒）一时，扩展半径为：

．，Ｉ

２

，

．

短期曝光，扩展半径为：

＜口２＞２森＋口：（１一手）‘＋—且１一．

＜口２＞＝鑫“（－号）２＋斌

６．６，Ｉ（１一孝）２ｃ：（盛）喈

（１７）

（１８）

热以＝麟璐。’－¨蕊麓∥ｎ驴‰

仿真得到２种湍流天气下光束扩展倍数与传输距离的关系见图９。

Ｄｉｓｔａｎｃｅ／ｋｍ

（＆）弱湍流Ｒｙｔｏｖ方羞＝Ｏ．１

图９光束扩展倍数与传输距离的关系

Ｆｉ昏９

Ｖａｒｉａｒｌｃｅｏｆｅ】【ｐａｎｄｔｉｎ啦ｓｗｉｔｌｌ也ｅｔ瑚ｍｓｍｉ镐ｉｏｎｄｉｓｔａｎｃｅ