Matlab涡旋光束在湍流大气中的传输特性模拟研究(3)
时间:2017-01-17 20:33 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
（2）实验方法：光波在湍流介质中传播的问题本质上就是实验问题，解析结果的正确与否也是靠实验结果验证的，正是实验研究揭示了闪烁饱和现象、湍流内尺度对闪烁强度的影响，从而带动理论研究的蓬勃发展，也正是实验上不同方法测量湍流强度的不一致，导致对湍流问题的深入研究。 （3）解析方法: 湍流介质中光传播的解析方法主要包括弱起伏条件的几何光学法、Rytov微扰近似法、Huygens-Fresnel相位近似法，对于强起伏条件下的场的统计矩方程等。 2.3 大气湍流对激光传播的影响 大气湍流对涡旋光束传输有很大的影响，这种影响与光束的直径和湍流尺寸有密切的关系。如果光束直径比湍流尺寸小很多时，湍流的主要作用会是使光束作为一体而随机偏折，在远处的接收平面上光束中心的投影点（光斑位置）则以每个位置为中心随意跳动，即光束漂移。若大气湍流较强，光束有可能会漂移出能够被接受的范围，即会造成光通信的中断。光束直径与湍流尺寸相当或远大于湍流尺寸则是多数的情况，此时光束截面内包含有许多的湍流漩涡，在长距离的光通信链路中，所传输的光束在到达接收端时便会产生展宽效应。而且在光束波前的不同位置上，有可能观察到不同的扰动现象，从而造成光束强度在时间和空间上的随机起伏，在某些位置光强忽大忽小，即为光束强度的闪烁[18]。 2.3.1 光强闪烁 大气湍流导致激光辐照度起伏，使得入射到探测器上的光信号强度忽高忽低，影响接收机的阈值判决。激光在湍流大气中传输时，辐照度起伏的理论和实验研究焦点主要是闪烁指数： （2.3.1） 当Fresnel距离 的时候，平面波的对数光强起伏方差(也叫作Rytov方差) （2.3.2） 式中， 为大气折射率结构常数， 为波束， 为发射器与接收器两者之间的距离。上式的前提是水平传输。虽然上式显示了随着距离的增加， 是能够无限制的增大的。但是这种结构只是在 时有效，此范围也就是弱湍流区。Rytov方差计算结果虽然只适用于弱湍流区，但是却作为湍流强弱的某种标志而大量地出现在各种文献之中，而且在弱湍流区，有 。对于强湍流区中闪烁指数的求解，分别Andrews—Prokhorov和Churnside渐进分析模型，这两种渐进分析模型都建立在Rytov方差基础之上，二者都考虑了闪烁饱和问题。最近，Andrews等[19]在大尺度起伏调制小尺度起伏思想的基础上，提出了适用于从弱至强湍流区的闪烁指数计算模型: （2.3.3） 其中 与 分别为正规化的大尺度起伏方差和小尺度起伏方差， 主要是由于大尺度涡旋的散射效应， 是源于小尺度涡旋的衍射效应。在分析大气湍流引起的光强闪烁时，Andrews闪烁指数计算模型使得从弱至强的整个湍流区有了统一的计算模型，方便了问题的求解。 忽略码间串扰，对于OOK调制，接收机只在传输“l”码时收到光信号，接收光强 （2.3.4） 在真空中传播的接受光强为 , 为光束的对数振幅。光在大气湍流中传输时， 是一个均值为 ，方差是 的高斯随机变量，而且还有 。对于接收处的光强 来说， 实际是由于大气湍流才引入的乘性闪烁噪声。相比于信号频率，光闪烁的时间频率要低得多，所以得出：闪烁噪声是一种大气湍流造成的低频乘性噪声。 (责任编辑：qin) |