低频补偿功率谱反演法模拟大气湍流相位屏
发布时间：2021-03-04 04:53
在传统功率谱反演法和Zernike多项式法的基础上,将两种方法相结合提出一种低频补偿法,改善传统谱反演法数值模拟相位屏低频分量不足的现象。分别采用传统谱反演法、Zernike多项式法、低频补偿法仿真构建符合Kolmogorov功率谱模型的大气湍流相位屏。此外结合相位结构函数将低频补偿法与谱反演法、Zernike多项式法进行了比较分析。结果表明:低频补偿法构建的湍流相位屏低频、高频分量都比较丰富且其相位结构函数与Kolmogorov湍流相位结构函数理论值最为接近,准确性最好。
【文章来源】：工业控制计算机. 2019,32(08)
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
功率谱反演法生成大气湍流相位屏
，选取采样点数为m＝n＝128。传统谱反演法的仿真结果如图1所示。分析图1可以看出，功率谱反演法数值模拟得到的湍流相位屏相位变化较为剧烈，相位平面抖动严重即相位屏有丰富的高频细节分量。但同时可以看出相位平面集中在同一高度，倾斜现象不明显即相位屏缺少低频分量，因此功率谱反演法得到的湍流相位屏的准确性有待于提高。采用Zernike多项式法进行相位屏仿真，分别采用10阶、50阶、150阶的Zernike多项式构造相位屏，如图2～图4所示。图210阶Zernike多项式相位屏图350阶Zernike多项式相位屏从图1和对比图2～图4可以看出，用Zernike多项式数值模拟的大气湍流相位屏倾斜严重即低频分量较为丰富。但相位平面比较光滑即严重缺少高频细节分量。横向对比图2～图4，可以看出随着多项式阶数的增加，细节分量有所改善，但改善效果不好且大量增加计算量。50阶Zernike多项式低频分量丰富且有一定的细节分量，阶数较低计算量较少。因此，选用50阶Zernike多项式法与功率谱反演法相结合。将功率谱反演法的相位屏与50阶Zernike多项式法相位屏线性叠加，根据式（7）仿真得到经过低频补偿的大气湍流相位屏。由图5、图6可以看出，经过低频补偿后的大气湍流相位屏的相位平面不再平滑，且存在倾斜现象。为了进一步验证经过补图1功率谱反演法生成大气湍流相位屏129
传统谱反演法的仿真结果如图1所示。分析图1可以看出，功率谱反演法数值模拟得到的湍流相位屏相位变化较为剧烈，相位平面抖动严重即相位屏有丰富的高频细节分量。但同时可以看出相位平面集中在同一高度，倾斜现象不明显即相位屏缺少低频分量，因此功率谱反演法得到的湍流相位屏的准确性有待于提高。采用Zernike多项式法进行相位屏仿真，分别采用10阶、50阶、150阶的Zernike多项式构造相位屏，如图2～图4所示。图210阶Zernike多项式相位屏图350阶Zernike多项式相位屏从图1和对比图2～图4可以看出，用Zernike多项式数值模拟的大气湍流相位屏倾斜严重即低频分量较为丰富。但相位平面比较光滑即严重缺少高频细节分量。横向对比图2～图4，可以看出随着多项式阶数的增加，细节分量有所改善，但改善效果不好且大量增加计算量。50阶Zernike多项式低频分量丰富且有一定的细节分量，阶数较低计算量较少。因此，选用50阶Zernike多项式法与功率谱反演法相结合。将功率谱反演法的相位屏与50阶Zernike多项式法相位屏线性叠加，根据式（7）仿真得到经过低频补偿的大气湍流相位屏。由图5、图6可以看出，经过低频补偿后的大气湍流相位屏的相位平面不再平滑，且存在倾斜现象。为了进一步验证经过补图1功率谱反演法生成大气湍流相位屏129
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种改进的次谐波大气湍流相位屏模拟方法[J]. 刘涛,朱聪,孙春阳,张景芝,雷艳旭,张荣香. 光子学报. 2019(02)
[2]大气湍流对空间激光通信跟踪系统的影响[J]. 张雷,李勃,赵馨,佟首峰,姜会林. 光子学报. 2017(09)
[3]不同形状激光波束在大气中传输的湍流效应(英文)[J]. 廖天河,刘伟,高穹. 红外与激光工程. 2015(S1)
[4]快速傅里叶变换湍流相位屏高频误差的补偿方法[J]. 向劲松. 光学学报. 2014(10)
[5]功率谱反演大气湍流随机相位屏采样方法的研究[J]. 蔡冬梅,王昆,贾鹏,王东,刘建霞. 物理学报. 2014(10)
[6]采用Zernike多项式对大气湍流相位屏的仿真和验证[J]. 王奇涛,佟首峰,徐友会. 红外与激光工程. 2013(07)
[7]基于随机数据元扩张的大气湍流相位屏数值模拟[J]. 华志励,李洪平. 光学学报. 2012(05)
[8]基于Zernike多项式的大气湍流相位屏的数值模拟[J]. 段锦,王曦泽,景文博,付强. 长春理工大学学报(自然科学版). 2010(03)
[9]基于畸变相位波前分形特征产生矩形湍流相屏[J]. 吴晗玲,严海星,李新阳,李树山. 光学学报. 2009(01)
[10]大气湍流畸变相位屏的数值模拟方法研究[J]. 张慧敏,李新阳. 光电工程. 2006(01)
本文编号：3062597
【文章来源】：工业控制计算机. 2019,32(08)
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
功率谱反演法生成大气湍流相位屏
，选取采样点数为m＝n＝128。传统谱反演法的仿真结果如图1所示。分析图1可以看出，功率谱反演法数值模拟得到的湍流相位屏相位变化较为剧烈，相位平面抖动严重即相位屏有丰富的高频细节分量。但同时可以看出相位平面集中在同一高度，倾斜现象不明显即相位屏缺少低频分量，因此功率谱反演法得到的湍流相位屏的准确性有待于提高。采用Zernike多项式法进行相位屏仿真，分别采用10阶、50阶、150阶的Zernike多项式构造相位屏，如图2～图4所示。图210阶Zernike多项式相位屏图350阶Zernike多项式相位屏从图1和对比图2～图4可以看出，用Zernike多项式数值模拟的大气湍流相位屏倾斜严重即低频分量较为丰富。但相位平面比较光滑即严重缺少高频细节分量。横向对比图2～图4，可以看出随着多项式阶数的增加，细节分量有所改善，但改善效果不好且大量增加计算量。50阶Zernike多项式低频分量丰富且有一定的细节分量，阶数较低计算量较少。因此，选用50阶Zernike多项式法与功率谱反演法相结合。将功率谱反演法的相位屏与50阶Zernike多项式法相位屏线性叠加，根据式（7）仿真得到经过低频补偿的大气湍流相位屏。由图5、图6可以看出，经过低频补偿后的大气湍流相位屏的相位平面不再平滑，且存在倾斜现象。为了进一步验证经过补图1功率谱反演法生成大气湍流相位屏129
传统谱反演法的仿真结果如图1所示。分析图1可以看出，功率谱反演法数值模拟得到的湍流相位屏相位变化较为剧烈，相位平面抖动严重即相位屏有丰富的高频细节分量。但同时可以看出相位平面集中在同一高度，倾斜现象不明显即相位屏缺少低频分量，因此功率谱反演法得到的湍流相位屏的准确性有待于提高。采用Zernike多项式法进行相位屏仿真，分别采用10阶、50阶、150阶的Zernike多项式构造相位屏，如图2～图4所示。图210阶Zernike多项式相位屏图350阶Zernike多项式相位屏从图1和对比图2～图4可以看出，用Zernike多项式数值模拟的大气湍流相位屏倾斜严重即低频分量较为丰富。但相位平面比较光滑即严重缺少高频细节分量。横向对比图2～图4，可以看出随着多项式阶数的增加，细节分量有所改善，但改善效果不好且大量增加计算量。50阶Zernike多项式低频分量丰富且有一定的细节分量，阶数较低计算量较少。因此，选用50阶Zernike多项式法与功率谱反演法相结合。将功率谱反演法的相位屏与50阶Zernike多项式法相位屏线性叠加，根据式（7）仿真得到经过低频补偿的大气湍流相位屏。由图5、图6可以看出，经过低频补偿后的大气湍流相位屏的相位平面不再平滑，且存在倾斜现象。为了进一步验证经过补图1功率谱反演法生成大气湍流相位屏129
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种改进的次谐波大气湍流相位屏模拟方法[J]. 刘涛,朱聪,孙春阳,张景芝,雷艳旭,张荣香. 光子学报. 2019(02)
[2]大气湍流对空间激光通信跟踪系统的影响[J]. 张雷,李勃,赵馨,佟首峰,姜会林. 光子学报. 2017(09)
[3]不同形状激光波束在大气中传输的湍流效应(英文)[J]. 廖天河,刘伟,高穹. 红外与激光工程. 2015(S1)
[4]快速傅里叶变换湍流相位屏高频误差的补偿方法[J]. 向劲松. 光学学报. 2014(10)
[5]功率谱反演大气湍流随机相位屏采样方法的研究[J]. 蔡冬梅,王昆,贾鹏,王东,刘建霞. 物理学报. 2014(10)
[6]采用Zernike多项式对大气湍流相位屏的仿真和验证[J]. 王奇涛,佟首峰,徐友会. 红外与激光工程. 2013(07)
[7]基于随机数据元扩张的大气湍流相位屏数值模拟[J]. 华志励,李洪平. 光学学报. 2012(05)
[8]基于Zernike多项式的大气湍流相位屏的数值模拟[J]. 段锦,王曦泽,景文博,付强. 长春理工大学学报(自然科学版). 2010(03)
[9]基于畸变相位波前分形特征产生矩形湍流相屏[J]. 吴晗玲,严海星,李新阳,李树山. 光学学报. 2009(01)
[10]大气湍流畸变相位屏的数值模拟方法研究[J]. 张慧敏,李新阳. 光电工程. 2006(01)
本文编号：3062597
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