激光大气传输数值模拟研究

发布时间：2021-04-22 17:31

本文以连续光束在大气湍流、热晕条件下传输的相关理论为基础,建立了激光大气传输多相位屏模型,分别分析了湍流、热晕分别对激光远场光斑分布的影响。同时分析了满足大气相干长度大于激光器发射孔径的条件下,湍流和热晕两者关系,研究了两者同时作用时对激光远场光斑的影响。在此基础上,利用MATLAB语言编写程序,进行了模拟计算,并与相关定标结论进行对比。本主要分为三个部分第一部分,以多相位屏思想为核心,结合谱反演法和快速傅里叶变换法,对湍流影响下的激光大气传输进行模拟。对不同湍流强度、不同传输距离的情况分别进行了模拟计算。得出了随着激光传输距离增加光斑扩展增大,同时随着湍流强度增加光斑破碎现象更加严重的结论。第二部分,以多相位屏思想为核心,结合谱反演法和快速傅里叶变换法,对热晕存在下的连续光束传输进行计算。对不同初始光束强度、不同传输距离、不同横向风速下的激光传输情况分别进行了模拟计算。结果表明,随着传输距离增加和初始能量增大,热晕引起的光斑月牙状分布更加明显。同时,风速对热晕存在着抑制作用,即风速增大,热晕效应减弱。第三部分,在前两部的基础上进行对热晕和湍流共同作用下的激光传输进行模拟计算。在大气相干长度大于发射孔径的尺寸条件下,热晕和湍流二者是可以看做相互独立作用,在此情况下利用第二第三部分的方法就传输距离、不同初始能量、不同风速下的激光大气传输进行模拟。结果表明了远场光斑同时具有湍流、热晕影响下的特征,同时随着湍流强度增加光斑形状趋于均匀,热晕导致的月牙分布消失。该结果与高能激光定标规律计算得出的结果进行对比,结果吻合良好,表明文章使用的模拟计算方法具有良好的可靠性与实际意义。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN24

文章目录

摘要

Abstract

符号对照表

第一章绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究状况

1.2.1 热晕的国内外研究情况

1.2.2 湍流的国内外研究情况

1.3 本文的研究内容

第二章湍流大气中的光传输及理论

2.1 大气的吸收和散射

2.2 湍流的定义和形成

2.3 大气湍流的基本模型

2.3.1 大气湍流的统计特征

2.3.2 大气湍流折射率结构常数

2.3.3 大气湍流折射率功率谱模型

2.4 小结

第三章激光在湍流大气中的数值模拟

3.1 湍流传输方程与多相屏法

3.1.1 抛物型方程

3.1.2 大气湍流的多层相位屏模拟

3.2 湍流相位屏的构建

3.2.1 FFT谱反演法

3.2.2 相位屏的低频补偿

3.3 高斯光在湍流大气中的传输模拟

3.3.1 数值模拟计算相关参数的选取

3.3.2 湍流大气水平传输模拟

3.4 小结

第四章高能激光大气的数值模拟

4.1 热晕的形成及其物理图像

4.2 描述热晕的相关理论

4.3 热晕的数值模拟

4.4 小结

第五章湍流热晕综合效应下高能激光大气传输

5.1 热晕和湍流的相互作用

5.2 湍流热晕共同作用下数值模拟

5.3 高能激光大气传输的评估及定标规律

5.3.1 纯热晕条件下能量衰减评估的经验公式

5.3.2 热晕湍流共同存在下传输效果评估

5.3.3 定标规律使用举例

5.4 小结

第六章总结与展望

参考文献

致谢

作者简介

1. 基本信息

2. 教育背景

3. 攻读硕士学位期间的研究成果

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