湍流大气中激光波束目标回波特性

湍流大气中激光波束目标回波特性

作者:师大云端图书馆 时间:2015-10-10 分类:参考文献 喜欢:4029
师大云端图书馆

【摘要】湍流大气中激光波束目标回波特性对激光雷达探测、制导、对抗等领域具有重要的学术意义和广泛的应用价值。本文主要利用Rytov理论、广义惠更斯-菲涅尔原理和等效参数法,研究了湍流大气中高斯波束和高斯-谢尔波束照射漫射平面、高斯粗糙面、角反射器以及角反射器阵列回波的二阶和四阶统计特征。主要成果如下:1.在分步傅立叶算法中引入了高频滤波函数,有效降低了强发散波束传输模拟过程中边界反射效应造成的高频噪声。数值模拟了湍流大气中高斯波束和高斯-谢尔波束斜程及双程传输过程。基于得到的光斑样本,计算了光场相干长度和慢速探测闪烁指数,结果同Rytov方法理论值相吻合。分析了波源非相干度、目标粗糙度等因素对波束统计特性的影响,比较了斜程路径上行、下行传输以及双程路径单站、双站接收模式下波束统计特性的差别。2.根据广义惠更斯-菲涅尔原理,分别研究了湍流大气中平面波与球面波照射硬边漫射圆盘以及高斯波束照射无限大漫射平面的回波统计特性。对于第一种模型,考虑了后向增强效应的影响,推导了单站回波场的互相干函数、平均强度、后向增强系数、强度协方差、强度方差以及残余闪烁指数的计算公式,讨论了目标尺寸、湍流强度及路径倾斜角度对回波统计特性的影响。对于第二种模型,忽略了后向增强效应的影响,推导了回波的相干长度和归一化强度方差公式,分析了发射波束初始相干度、波束半径、焦距对回波特性的影响。3.把等效参数法推广到高斯-谢尔波束双程传输问题上,建立了湍流大气中高斯-谢尔波束照射粗糙圆盘的回波相干度函数及闪烁指数的表达式,讨论了相干长度和闪烁指数随着发射波束半径、相干度以及目标半径、粗糙度的变化规律。把等效参数法和修正Rytov方法相结合,对弱湍流中粗糙面回波闪烁指数进行了修正,建立了任意湍流强度中回波在轴闪烁指数公式。研究了高斯-谢尔波束照射粗糙圆盘情况下回波在轴闪烁指数随着湍流强度的变化规律。结果表明,粗糙目标回波闪烁指数在强湍流中不趋向1。4.利用ABCD传输矩阵和广义光谱表示法,研究了湍流大气中角反射器目标回波的平均强度、相干度函数、闪烁指数等统计特性随着波源半径和反射器半径的变化规律,同时给出了平面镜的相应结果做为对比。利用复高斯函数分解法,建立了硬边孔径角反射器互相干函数表达式,发现二阶矩随着角反射器半径的增加会出现强烈的震荡。把滤波函数法推广,计算了角反射器被高斯-谢尔波束照射的回波相干长度和闪烁指数。5.基于单个角反射器单元的点目标近似,建立了湍流大气中处于离轴位置的单个角反射器在任意入射角情况下回波的平均强度和后向增强系数公式。利用数值方法模拟了常见角反射器阵列回波的散斑图样,结果表明湍流大气中阵列散斑图样是两种不同尺度的散斑的嵌套。基于点目标近似,建立了角反射器阵列回波平均强度和后向增强效应公式。基于准球面波近似,建立了角反射器阵列单站回波归一化强度方差的公式,分析了角反射器阵列回波特性随着湍流强度和路径长度的变化规律,揭示了角反射器阵列对归一化强度方差存在目标孔径平滑作用。
【作者】王利国;
【导师】吴振森;
【作者基本信息】西安电子科技大学,光学,2014,博士
【关键词】湍流大气;相干长度;闪烁指数;角反射器阵列;粗糙面;

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