Matlab7近地湍流对激光雷达回波起伏特性的影响(2)
此在激光通信中可获得容量更大、波束更窄、增益更高、抗干扰性更强和保密性
更好等一系列优点，近年来激光的近地应用已经得到很好的发展，如激光通讯、
激光测距、激光制导、激光雷达、激光武器等。随着激光技术日趋成熟，激光在
大气中的应用正受到世界各国日益广泛的重视。
大气作为一种湍流介质，具有许多不同的气体漩涡，这些湍涡具有不同的尺
寸，在大气边界层内，可观测分析到最大尺度涡旋约为1 千米到数百米；而最小
尺度约为1 毫米[1]
。又由于大气本身的运动，温度差，压力差，密度差，导致了
大气折射率分布的不均匀性，使光波的侧向散射和后向散射都比较弱，而前向散
射则比较强。当接收器沿光线对准光源时，前向散射波的随机变化，使接收到的
光波，无论振幅或相位等参数，都产生随机起伏，这些现象，统称为光波传播的
湍流效应。这都导致了激光束的光束质量下降。激光雷达等的自由空间光通信技
术，都是以激光作为载体，在真空或大气中传递信息的通信技术，当激光在大气
中传输时，受到湍流效应的极大影响，湍流效应会导致传输光束的波前随机起伏，
引起光束抖动、光斑漂移、强度起伏(闪烁)、光束扩展等[2-4]
，从而导致激光束的
光束质量下降，严重影响了激光通信系统的稳定性和可靠性。为此，当激光测距
和激光雷达系统工作在近地环境，我们必须要考虑近地大气扰动是否会影响系统
的工作状态和工作特性。
其中光束强度的起伏即光强闪烁一直是一个令人十分关注的问题, 许多研
究工作者对此进行了研究。光强闪烁是光学大气湍流研究中最为重要的一部分，
对大气自由通信影响较大，随着光强闪烁研究的日渐深入，对激光雷达测距特性，
激光雷达系统设计优化，性能评估具有重要意义。
1.2 国内外研究进展
自从激光出现后，激光在测距、通信领域的巨大潜在应用使学术界对它在大
气中的传输性质倍感兴趣，研究骤然升温，众多学者对激光在大气中的传输特性
进行了理论上的各种探讨和实验观测。关于湍流大气中波传播、散射理论早在二
十世纪四十年代就有了研究，迄今己有半个多世纪。理论上的研究到 1970 年己
基本成熟，光通过大气会受到大气分子吸收、散射以及大气湍流影响 ，人们将
大气作为吸收、混浊、湍流介质做了一系列的探讨和计算，得到了激光在大气中
传输的基本描述。时至今日人们基本上己经达成这样的共识：寻求一个解决光波
在随机介质中传播的各种问题的普适理论与方法的希望渺茫。于是人们便将精力
集中于各种具体问题，寻找各自的解决办法。在大气湍流对激光传输造成重要影
响的情况中，光强闪烁一直以来是一个由来已久且困扰较大的问题，而数值模拟
在模拟大气传输特别是光强闪烁方面有着不可替代的优势。下面主要介绍了大气
湍流的研究现状及进展，光强闪烁（光强起伏）的研究现状及进展，以及相位屏
的研究进展。
1.2.1 湍流介质中光传播
湍流介质中的光传播具有两个主要特点：一是湍流介质的随机性，决定了必
须使用统计的方法处理问题；二是介质折射率的起伏是微弱的，使人们首先考虑
使用微扰法。最早是应用几何光学近似法，但适用范围有限。Born 近似是最常
用的微扰方法，然而在光传播研究领域中的应用结果并不理想。而 Rytov[6-9]平缓