基于功率谱反演法的大气湍流相位屏数值模拟

发布时间：2021-07-30 07:34

　　研究激光大气传输效应一直是激光应用领域的重点,数值模拟是研究大气湍流效应常用的手段。利用功率谱反演法对满足Kolmogorov统计规律的大气湍流相位屏进行了数值模拟研究。结果表明,受其固有局限性,基于功率谱反演法的相位屏,需要通过次谐波对其低频部分进行补偿,才能更好模拟大气湍流效应。 

【文章来源】：光电技术应用. 2019,34(04)

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

相位屏的作用原理湍流ΔzΔz（a）（b）

第4期10310210110010-1相位结构函数00.020.040.060.080.10.120.140.16距离/m理论值补偿前补偿后图4相位结构函数比较度代表对厚度的积分。将一个要放置相位屏的空间平面分割为网格，设每一格宽度Δx，每边共有N格，从采样定理可知，最低和最高采样频率必须满足下式{Kmin≤2π/(NΔx)Kmax≥π/Δx（10）为简便起见，可用2π/(NΔx)和π/Δx分别作为Kmin和Kmax，而波数间隔DK设为Kmin。这样可将式（8）用离散化形式写出如下S(pΔx),qΔy=1N2∑m=0N-1∑n=0N-1S()mΔK,nΔKexp[-2πi(mp+nq)/N]（11）其中，S()pΔK,qΔK=aRFs(pΔK,qΔK)/ΔK（12）式（12）为式（6）的离散化表示，它是一个在相空间构造的二维复随机常受相位屏大孝取样间隔、取样点个数等限制，由谱反演法生成相位屏的不包括[-Δfx,Δfx]、[-Δfy,Δfy]这个空间频段内低频率分量对应的功率谱，从而使相位大尺度起伏产生误差。因此需要对谱反演法产生的相位屏进行低频补偿。可通过低频次谐波叠加的方法来改善相位屏的大尺度统计特性，其基本思想是在对傅里叶低频次谐波重采样的基础上进行插值合并，从而对相位屏进行次谐波低频补偿，即有φSH(m),n=∑p=1Np∑m′=-11∑n′=-11R(m)′,n′f(m)′,n′expéêù2πi3ú-p()mm′N+nn′N（13）式中，p为次谐波级数；f(m)′,

辔环植迹?佣?钩チ说推挡糠帧?3相位屏设计结果针对1064nm激光在大气中的传输，设计了一个湍流相位屏，设计参数为：激光传输距离为500m，仰角为0，大气湍流内尺度2cm，外尺度300m，相位屏宽度30cm×30cm，网格大小为100×100。利用功率谱反演法生产了两个随机相位屏，对它们进行低频补偿后，再进行检验，如不合格可重新计算。经过数次迭代后可以得到需要的相位屏。图2~图3给出了算例结果，分别是低频补偿前的相位屏和补偿后相位屏。图4是理论与实际相位结构函数的比较。图2补偿前相位屏图3补偿后的相位屏杨海波等：基于功率谱反演法的大气湍流相位屏数值模拟75

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3310998