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长程非均匀湍流路径激光大气传播的数值模拟研究.docx

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长程非均匀湍流路径激光大气传播的数值模拟研究.docx

上传人:wz_198613 2025/1/17 文件大小:12 KB

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长程非均匀湍流路径激光大气传播的数值模拟研究.docx

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文档介绍:该【长程非均匀湍流路径激光大气传播的数值模拟研究 】是由【wz_198613】上传分享,文档一共【4】页,该文档可以免费在线阅读,需要了解更多关于【长程非均匀湍流路径激光大气传播的数值模拟研究 】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。长程非均匀湍流路径激光大气传播的数值模拟研究摘要本文采用数值模拟方法对长程非均匀湍流路径下的激光大气传播进行研究。首先,针对传播路径中的湍流现象,使用快速傅里叶变换(FFT)算法进行湍流功率谱密度的模拟;其次,采用参数化方法对不同湍流强度下的光学相位失真进行预测,并对传输信道进行建模;最后,采用光传输方程模拟了激光光束在传输过程中的强度分布和收发系统的接收信号特性。通过对数值模拟结果的分析和总结,我们得出了一些有价值的结论,并对未来深入研究提出了建议。关键词:长程传播;非均匀湍流;激光;数值模拟AbstractInthispaper,thenumericalsimulationmethodwasusedtostudythepropagationoflaserintheatmosphereunderthelong-,,theopticalphasedistortionunderdifferentturbulentstrengthswaspredictedbyparameterizationmethod,,,somevaluableconclusionsweredrawn,andsuggestionsforfuturein-:Long-rangepropagation;Inhomogeneousturbulence;Laser;Numericalsimulation一、引言大气湍流是指在大气中由于密度、温度、湿度、风速等因素变化而导致的气体运动失稳、乱流结构的现象。这种现象对激光在大气中传播的影响十分严重。特别是在长距离传输时,非均匀的湍流会导致激光波前相位的扭曲,从而影响激光的强度分布和接收特性,进一步降低传输质量。对于大气中的激光传输问题,数值模拟是一种重要的研究方法。通过数学建模和计算机模拟,我们可以快速精确地反映大气湍流对激光传输的影响,为其他领域(如通信、气象等)的应用提供有益的参考。本文采用数值模拟方法对长程非均匀湍流路径下的激光大气传播进行研究。首先,我们对传播路径中的湍流现象进行模拟,并预测光学相位失真情况。然后,我们对传输信道进行建模,并采用光传输方程计算传输过程中激光的强度分布和收发系统的接收信号特性。最后,我们对数值模拟结果进行分析总结,得出一些有价值的结论。二、。我们采用快速傅里叶变换(FFT)算法对湍流功率谱密度进行模拟。具体地,我们在某个高度下收集一定时间内的湍流功率谱数据,然后通过FFT算法计算相应的功率谱密度,得到湍流功率谱密度函数。将其代入湍流相位屏障的描述式子中,计算出该相位屏障对光学相位的影响。。我们根据光在大气中传播的特性,将湍流相位屏障视为光程差的变化,建立起相对于无湍流环境下跃迁相位的相位调制模型。然后,我们对相位调制模型中的湍流相位屏障进行参数化。通过对实测数据的拟合,计算出相关的光学相位失真参数。通过这个模型,我们可以预测光在长距离非均匀湍流路径中的相位失真情况。,我们建立起光的传输信道模型。对于传输信道中的光束,我们应考虑的主要因素有光学相位失真、大气吸收散射、光线弥散等。对于这些因素,我们可以采用光传输方程进行模拟来反映它们的影响。具体地,光传输方程描述的是光经过吸收、散射、重跟踪等过程后,沿着传输路径到达接收点光强分布的变化情况。通过光传输方程计算,我们可以模拟出激光在传输过程中的强度分布和收发系统的接收信号特性。三、数值模拟结果我们将数值模拟结果展示为三个方面:湍流功率谱密度模拟结果、光学相位失真预测结果、激光在传播过程中的强度分布和接收信号特性。。我们可以看到,随着高度的升高,湍流功率谱密度越来越小。这是因为随着高度的升高,大气密度减小,空气层中的湍流衰减,从而导致湍流相位屏障的强度下降。。我们发现,在湍流强度较小时,光学相位失真程度较小;随着湍流强度的增加,光学相位失真程度也逐渐增大。这说明,湍流强度是影响大气中激光传播质量的主要因素之一。。我们可以看到,激光在传播过程中,由于湍流相位失真的影响,强度分布出现了明显的畸变。同时,由于大气散射吸收,激光在传输过程中损失了一部分能量。当接收机距离发送机很远时,接收到的激光信号的强度非常弱,需要增加接收机的灵敏度才能够接收到。四、结论与展望本文采用数值模拟方法对长程非均匀湍流路径下的激光大气传播进行研究。通过对湍流功率谱密度的模拟、光学相位失真的预测和传输信道的建模,我们得出了以下结论:①湍流功率谱密度随高度逐渐减小;②湍流强度是影响光学相位失真程度的主要因素;③在长程非均匀湍流路径下,激光的强度分布和接收信号特性存在大量的畸变。进一步研究表明,我们需要结合实测数据,建立起更加完善的湍流功率谱密度模型,并对不同湍流强度下的光学相位失真进行更加精细的预测和模拟。此外,我们还需要探究如何优化激光传输系统,以降低湍流相位失真带来的影响,提高传输质量。

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