一、激光在大气湍流态中传播(Ⅰ)—湍流研究的基本理论（论文文献综述）
王文静[1]（2021）在《阵列相干声源改变大气折射率结构常数对光波传输特性影响的研究》文中研究表明随着激光技术的蓬勃发展,制约其应用质量的大气湍流被广泛关注。作为一种机械波,声波在传播过程中伴随着能量的转移,对局部大气的时空分布特征产生影响,基于这一特性,本文提供一种扰动大气湍流结构的新思路。建立了不同的声源模型,从声波的波动方程出发,结合声波的干涉叠加原理,数值计算出不同阵列声源模型激发的“人工不均匀体”空间分布情况;基于大气湍流折射率结构常数的“2/3”定律,结合随机过程解析方法,求解出“人工湍流”的折射率结构常数;进行“声光结合”,计算在声波干扰下,光波在湍流中的传输特性。论文的主要内容包括:1.阐述了大气折射率的物理性质,总结工程上常用的大气折射率测量方法;基于大气的物理属性,对比分析了几种不同计算大气折射率的经验性公式。给出大气折射率结构常数的定义,分析了边界层及自由大气中大气折射率结构常数Cn2的特性及经验性计算公式。2.从声波的波动方程出发,分析声波在运动过程中对大气物理属性的扰动,基于相干声波的干涉叠加原理,给出阵列相干声源激发折射率不均匀体的计算方法。建立“点阵列相干声源”模型,并数值计算其激发的“人工大气压强”及“人工大气折射率不均匀体”空间分布情况。在单个点阵列声源模型的基础之上,建立多种“组合阵列声源”模型,数值计算并且对比分析了不同“组合阵列声源模型”在局部空间激发人工折射率不均匀体分布情况。3.基于大气折射率结构常数的“2/3定律”,结合随机过程的解析方法,在原有大气折射率结构常数的基础之上,叠加“人工折射率不均匀体”,对两个随机过程进行叠加解析,求解得到了“人工湍流”的折射率结构常数。在声波扰动的大气中引入光波,基于Fante的计算结果,求解出“人工湍流”中波束的长期扩展半径,数值分析了点阵列相干声源参数改变对波束扩展半径的影响;并且在此基础之上,计算kolmogorov谱下的波束漂移方差,分析了点阵列相干声源参数改变对波束漂移方差的影响。基于Rytov近似,以平面波为例,计算并数值分析了点阵列相干声源参数改变对光波闪烁指数的影响。本文通过理论分析和数值计算,验证了相干声源改变湍流特性的可行性,对于声波控制湍流的后期实验以及工程应用提供了一定的理论支撑。
李姗姗[2]（2021）在《卫星激光通信系统信号传输与识别方法研究》文中提出大数据和高速率通信业务的蓬勃发展,对卫星通信系统传输容量、信息传输速率等性能提出了更高的要求,具备宽带宽、高速率、高能效等优点的卫星激光通信技术弥补了微波通信在卫星通信应用中的不足。随着对卫星激光通信关键技术的研究逐渐深入,在卫星与地面间建立激光通信链路进行数据传输是未来实现星地高速数据传输的发展趋势,对激光的高速传输和可靠接收关键技术进行研究成为卫星激光通信领域的研究热点。但是,实现星地激光通信系统的高速数据传输面临如下问题:激光信号经过星地链路大气信道段时由于受到湍流效应的影响导致光束相干性的劣化,对通信质量造成不良影响;为满足不同用户和业务的需求,充分利用信道容量,卫星激光通信系统中信号调制格式的复杂性日益增加,接收端需要准确识别出信号所采用的调制格式才能正确解调。为了解决卫星激光通信系统中的上述问题,以提高激光信号的相干性和保障激光信号识别的可靠性为目标,开展卫星激光通信系统的自适应光学技术和信号识别技术研究。面向校正激光光束畸变和无需先验知识识别激光信号的需求,本文重点研究卫星激光通信中涉及的自适应光学技术、单载波信号识别技术以及多载波信号识别技术,完成对激光光束畸变的实时校正,实现激光信号的可靠识别。本论文的主要研究内容和创新点如下:（1）大气信道建模与光传输特性分析在研究大气湍流特性和柯尔莫哥洛夫湍流理论的基础上,基于功率谱反演法和子谐波补偿法完成了随机相位屏的构造,模拟了高斯光束在大气湍流多相位屏信道中的传输过程并对其相干性劣化情况进行了分析,提出了一种基于光强变化指数的湍流影响衡量方法。该方法主要通过对比光束在多相位屏信道中传输与自由空间中传输在光场强度分布上的差异计算得到光束的畸变程度,从而对所受到的湍流影响做出衡量,仿真研究了所提方法衡量湍流影响的可行性。仿真结果表明,所提方法中的光强变化指数与闪烁指数随光束波长的变化趋势基本一致,光强变化指数随湍流强度的增强而递增。（2）基于混合输入输出算法的自适应光学补偿方法在研究自适应光学技术的基础上,提出了一种基于混合输入输出算法（Hybrid Input-Output Algorithm,HIOA）的自适应光学补偿方法。该方法设计了基于混合输入输出算法的自适应光学（Adaptive Optical Based on Hybrid Input-Output Algorithm,HIOA-AO）补偿模块完成对畸变激光光束的失真补偿,仿真研究了所提方法在不同传输距离和迭代次数下对畸变激光光束的失真补偿效果。仿真结果表明,所提方法可以有效补偿湍流效应导致的畸变激光光束相位失真,提高光束的模式纯度;HIOA经过50次或50次以上的迭代可以重构得到准确的波前畸变相位信息,通过相位校正可以对畸变激光光束的高斯分布进行较好的恢复。（3）基于分区分形特征和支持向量机的单载波信号识别方法在研究大气时变信道下单载波激光信号特征的基础上,提出了一种基于分区分形特征和支持向量机的单载波信号识别方法。该方法设计了基于分区分形维数（Fractal Dimension of Region,FDR）的特征提取算法得到单载波信号星座图的分区分形特征,采用支持向量机学习算法对特征数据进行学习的基础上完成信号识别分类器的构造,从而实现单载波信号的自动调制格式识别,仿真研究了所提方法在自由空间信道和大气时变信道两种传输条件下的识别效果。仿真结果表明,基于所提方法构造的分类器在自由空间信道中所有信噪比范围内整体分类精度达到89.8%以上,当信噪比大于7.5dB时分类器的分类精度性能收敛,实现单载波信号100%的精确识别;在大气时变信道弱湍流条件下,在所有湍流强度和信噪比范围内分类器的整体分类精度达到86.7%以上,随着信噪比增加而递增随后收敛;与其他识别方法相比,所提方法在有效提高分类精度和收敛速度的同时具备对信道变化的高鲁棒性。（4）基于多特征输入和混合训练神经网络的多载波信号识别方法在研究大气时变信道下多载波激光信号特征的基础上,提出了一种基于多特征输入和混合训练神经网络的多载波信号识别方法。该方法设计了基于多特征输入的混合训练神经网络（Hybrid Training Neural Network,HTNN）结构,将正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）子载波信号的高阶统计量特征及星座图特征作为网络的双输入特征,训练HTNN自主挖掘高阶关联性特征得到学习模型,实现OFDM子载波信号间的自动调制格式识别,仿真研究了所提方法在自由空间信道和大气时变信道两种传输条件下的识别效果。仿真结果表明,基于所提方法得到的识别模型在自由空间信道中所有信噪比范围内的整体分类精度达到93.37%以上,当信噪比大于7.5dB时学习模型的分类精度性能收敛,实现OFDM子载波信号100%的精确识别;在大气时变信道弱湍流条件下,在所有湍流强度和信噪比范围内学习模型的整体分类精度达到73.5%以上,随着信噪比增加而递增随后收敛;与其他识别方法相比,所提方法在保证分类精度的基础上降低了对信道变化的敏感性,提高了收敛速度,实现了大范围信噪比下对OFDM子载波信号的可靠识别。
翟德燕[3]（2021）在《跨介质激光传输特性研究》文中指出随着网络覆盖全球化的推进,水下平台与空中平台的跨介质激光通信成为近几年的热点研究领域之一。在该类通信中,信道由海水、海/气界面及大气组成,因其成分复杂,对光束传播的影响因素众多,到目前为止,尚无公认的跨介质信道模型。因此,保障跨介质激光通信的稳定性、可靠性仍然是一个极具挑战性的课题。现有的激光跨介质通信研究存在以下问题:（1）在垂直链路水下光通信中将海水设定为均匀介质;（2）在大气信道研究中,尚无符合海洋环境的湍流廓线模型;（3）缺乏符合海洋环境下的描述湍流起伏的相位屏分布方法。针对以上问题,本文开展了跨介质激光传输特性的研究,其结构如下:首先,分析了海水组成成分对光吸收和散射的影响,将海水视为非均匀介质,基于Argo浮标的垂直海水叶绿素a浓度实测数据,以及叶绿素a浓度与漫射衰减系数Kd（490）的关系,给出了海水衰减系数的垂直分布,用该分布对海水做分层处理,建立了更为准确的水下无线光通信信道模型;接着,使用P-M谱和ITTC建议的方向函数,利用双线性叠加法模型对三维随机海浪进行建模,还运用解析几何与向量代数对光斑经过海浪而造成的折射效应进行推导及衰减分析;最后,指出适合海洋环境下的湍流廓线模型,根据N-O-K湍流谱理论,对光束在湍流大气中传播的信道模型进行建模,并提出一种混合方法设置的相位屏分布,本文提出相位屏分布方法与等Rytov指数间隔相位屏法相比,更加适合海洋环境下的大气湍流起伏。本文在所完成的跨介质信道研究工作中对各信道介质进行了详细分析,基于Argo浮标的垂直海水叶绿素a浓度实测数据,给出了海水衰减系数的垂直分布,从而对非均匀分布海水采取的分层分析;还提出了适合海洋环境下的湍流廓线模型和最佳的相位屏分布方法,使得跨介质信道模型与实际情况更加吻合;所以,本文为搭建完整且贴合实际的通信系统仿真平台提供参考,用该仿真平台去替代通信环境复杂、条件恶劣等情况下的真实实验测量,从而节约大量的人力物力。
杨欣欣[4]（2021）在《激光主动照明成像质量提升研究》文中研究表明激光主动照明成像利用激光高亮度、高方向性、高单色性、相干性好等特点,可以克服被动成像的局限,实现对远距离、暗弱目标的照明,极大提高了光电成像系统的探测与识别能力。但是激光在大气信道中传输时,折射率随机起伏会破坏激光的相干性,导致光束漂移、光强起伏、波前畸变以及光束扩展等湍流现象,严重影响了光电成像系统的探测性能。本文主要研究了大气湍流对激光主动照明成像系统性能的影响,提出采用多光束多波长照明和事后图像处理两种方法来减小湍流起伏对主动成像系统的影响。工作主要包括以下几个方面:1、首先,我们研究了大气衰减效应和湍流效应对激光束传输的影响机理。以Rytov微扰近似理论为基础,给出了Kolmogorov谱弱湍流传输条件下照明光场大气相干长度与光场强度均值、闪烁指数的关系,分析了照明光场的湍流效应。2、基于弱起伏传输条件下照明光场的统计结果,从提升照明光场强度均匀性来提高主动成像系统性能的角度出发,分别提出了多光束照明多波长、多波长照明以及多光束多波长照明的方法抑制光学湍流闪烁,并对上述几种方法的有效性进行了理论验证。3、在理论验证完成的基础上,我们建立了基于MATLAB平台的主动照明成像仿真系统。利用Kolmogorov谱模型结合功率反演法,实现了对弱湍流大气的数值模拟。结合自由空间光传输和分步相位屏方法,建立了从发射光场到目标光场、经反射后再经大气传输至接收机的回波光场数值仿真模型。基于该主动照明仿真模型,我们进行了:（1）多光束发射湍流抑制仿真研究,（2）多波长发射湍流抑制仿真研究,（3）多光束多波长照明湍流抑制仿真研究。仿真结果与理论分析相吻合,验证了多光束多波长发射对于照明光场强度闪烁抑制的有效性。4、进行了主动照明实验室内与外场试验研究。在室内搭建了双光束多波长照明实验平台,基于该实验平台完成了:（1）单光束照明湍流现象实验研究,（2）2光束发射湍流抑制实验研究;（3）多波长照明湍流抑制实验研究;（4）两光束多波长湍流抑制实验研究。实验结果与仿真计算和理论分析相吻合,证明了多光束多波长发射对照明光场闪烁抑制的有效性。进行了主动照明外场试验,通过对主动照明条件下观测目标回波数据的测量,验证了主动照明技术对远距离目标回波强度提升的有效性。5、针对主动照明成像应用场景中,对暗弱目标成像时接收端采集的目标图样受到下行湍流的扰动以及探测器光子噪声影响的问题,我们提出了改进的空间调制相位差法。首先介绍了改进的空间调制相位差法的基本原理,并通过数值仿真和实验验证了该方法在波前探测和图像重建方面的卓越性能。
刘永凯[5]（2021）在《大气湍流对单模光纤耦合效率影响的理论分析与实验研究》文中研究说明激光通信技术是一种以激光为载波的通信方式,是航空航天及国防军工领域的关键通信技术,并正逐步融入民用领域。在大气环境中应用激光通信技术时,受大气湍流干扰,接收端空间光信号到单模光纤的耦合效率及稳定性显着下降,严重影响了通信质量。高效、稳定的光纤耦合效率是实现高速大气激光通信的前提和保障,空间光到单模光纤耦合效率问题已成为制约大气激光通信技术亟待解决的技术瓶颈。自适应光学技术是目前解决大气湍流对光信号干扰,提高耦合效率的最佳方法。由于自适应光学技术最初目的是解决天文观测中大气湍流对成像质量的影响问题,因此传统的自适应光学系统大多是针对成像需求进行设计的,专门针对激光通信系统需求的设计及研究相对较少。基于上述背景,为研究大气湍流对激光通信系统中单模光纤耦合效率的影响机理,探索抑制大气湍流对耦合效率的影响方法。本文针对激光通信链路,分析了大气湍流空间频率与时间频率特性对耦合效率的影响,以耦合效率为依据分析了激光通信系统对自适应光学系统校正能力的需求,给出了自适应光学系统校正残差裕度、模式数目及系统带宽的分析与设计方法,并通过实验验证了自适应光学系统对耦合效率及通信质量的优化作用。本文主要进行了以下工作:1.基于经典理论分析了大气湍流的成因与折射率起伏效应,对比了几种经典的大气湍流模型,以HV模型为基础,分析了典型激光通信波段下大气湍流的特点。2.推导了可快速计算像差空间模式对耦合效率影响的数学模型,分析了光学系统参数对耦合效率的影响,以Noll泽尼克序列为基础,分类讨论了不同类型的像差模式对耦合效率的影响,针对特定耦合效率阈值分析了自适应光学系统倾斜和高阶校正残差的裕度范围。通过实验验证了像差模式对耦合效率影响的分析结果。3.分析了波前整体倾斜像差对耦合效率的影响,针对激光通信系统需求对整体倾斜校正系统的器件特性及校正带宽进行了研究。建立实验环境,验证了不同泰勒频率的模拟湍流扰动下,整体倾斜校正系统的校正能力。实验结果显示,对于系统静态噪声闭环后G倾斜STD值小于0.3μrad,在动态模拟湍流,最大抑制比超过-30d B。4.分析了高阶像差校正系统关键参数及系统带宽对耦合效率的影响,给出了校正系统规模、校正像差数目及系统带宽与耦合效率的关系,建立了激光通信自适应光学实验系统,在不同强度的模拟湍流下验证了校正系统对耦合效率的优化作用。在格林伍德频率为120Hz的模拟湍流扰动下,实现了平均耦合效率40.83%,光功率抖动0.48d Bm。在模拟湍流信道中进行了激光通信实验,实现了统计时间内的100%帧同步,无交织编码情况下平均误码率达到4.6*10E-5。本文的上述研究内容,能够为以单模光纤耦合效率为评价依据的激光通信自适应光学系统的研究与设计工作提供关键理论依据与技术支撑,为深入研究激光通信自适应光学技术提供重要参考。
王振[6]（2021）在《星地激光通信光斑图像压缩感知应用研究》文中指出空间激光通信是指使用激光束作为载波直接在空间中传递信息的技术,又被称为“自由空间光通信”。由于具有光波波长短、传输速率高、保密性好和抗干扰能力强等优点成为了近年来的研究热点。星地激光通信是延续星间激光通信之后的又一个研究热点。对于星地激光通信链路,大气湍流是限制其通信性能的主要因素,因此,大气湍流对激光通信的影响急需分析和抑制。湍流退化光斑图像是分析湍流效应的重要依据,而星载激光通信终端信标或信号光光斑图像是本论文研究星地链路湍流的首选素材。然而高分辨率的信标光探测器或高帧频的信号光探测器产生的图像数据量往往达到Gb/s量级,这给数据缓存和传输带来了极大的压力,因此有必要开展数据压缩工作。在数据的采集过程中,由于受精度要求以及奈奎斯特采样定理的限制,需要以极高的分辨率采集图像。同时,在数据存储和传输的过程中,为了减轻数据传输与存储的压力,又不得不对花费巨大代价获取的高精度图像进行压缩以减少数据量。压缩感知技术能够在采样过程中直接采集满足信息熵要求的压缩信息,从而突破了奈奎斯特采样定理的限制。与传统的图像压缩相比,压缩感知对像素要求少,对计算能力的要求低,功耗小且图像采集成本低,更适用于星上光斑图像的采集工作。本课题从压缩感知应用于激光通信系统的性能和用于光斑图像大气湍流研究的性能两个方面探究了星地无线激光通信光斑图像压缩感知的性能,主要研究内容如下:1.研究了压缩感知应用于激光通信光斑图像采集的物理性能。调研了压缩感知的不同物理实现形式,对激光通信系统光斑图像压缩采集系统进行了设计,分析了不同实现形式的优缺点和用于星地激光通信系统光斑图像采集中的性能;2.研究了压缩感知图像重建算法。调研了目前提出的图像重建算法,为了提升重建算法的边缘清晰度和纹理细节,提出了一种基于小波变换的卷积神经网络重建算法,以融合了原图和其小波次级图像的损失函数训练网络模型,进一步提高了图像的重建效果,使得压缩感知的重建图像能够恢复出更多的纹理及边缘细节;3.研究了压缩感知图像压缩过程的信息损失对大气湍流分析的影响,分析了光束在大气中传播的过程并对该过程进行了模拟,通过控制大气参数仿真了光束经由大气湍流退化后压缩采集的过程,由此量化了不同重建算法重建图像后对于湍流分析关键参数的影响;4.研究了压缩信息直接用于光斑位置偏移量解算的方法。为了绕过观测信息与空间域图像间复杂的数学关系直接求解光斑的质心偏移量,本论文提出了一种通过构建测量矩阵求解光斑图像位置信息的方法,使得激光通信系统能够在较小的噪声的情境下直接计算光斑的质心。对于噪声较大的情况,本论文在上述矩阵的基础上设计了一种基于深度学习的压缩感知噪声抑制质心求解（CSD-Center Net）模型。该模型在较大噪声下能也能抑制噪声对测量矩阵法计算光斑质心精度的影响。本课题是应用压缩感知采集无线激光通信光斑图像的初步应用研究,经分析,目前所提出的压缩感知物理实现形式可以不同程度上的满足激光通信的要求;压缩感知造成的信息损失会对大气湍流的各项研究造成不同程度的影响,但是通过对采样率和激光通信系统参数的合理选择可以将影响控制在允许的范围内;通过本论文提出的采样矩阵与CSD-Center Net结合的方法,可以基本满足激光通信信标光粗跟踪的准确性和实时性要求;此外,本文所提出的基于小波分解的多重稀疏性深度学习重建算法在具有领先的图像恢复性能的同时,对于边缘及纹理细节也具有更好的重建效果,大大减少了压缩感知对图片的影响。
王彩玉[7]（2021）在《激光雷达探测大气湍流廓线数值仿真与实验分析》文中研究指明当激光在大气中传输时,随机起伏的折射率会引起光斑漂移、闪烁、波前畸变等一系列光学湍流效应,从而严重地制约了遥感成像系统和激光通信技术的发展。为了评估大气湍流对光学成像系统与激光通信系统的影响,需要对光学湍流的时空分布进行准确的测量。衡量大气湍流强度常用大气折射率结构常数,其随海拔高度的分布称为大气湍流廓线。开展差分波前激光雷达大气湍流廓线探测,有利于准确地获取高空间分辨率的大气湍流信息。数值仿真是理论基础的建模,可用于优化实验系统参数配置,同时可与实验结果相互验证。论文分析了差分波前激光雷达系统探测大气湍流廓线的原理和方法,着重开展了数值仿真研究,其与实验探测结果一起验证了差分波前激光雷达探测大气湍流廓线的可行性和可靠性。根据激光大气湍流相位屏传输理论、激光雷达传输方程和非相干成像原理,结合网格采样优化,数值仿真得到了差分波前激光雷达望远镜双孔径所成的两个光斑。根据不同高度处成像光斑的质心差分抖动方差,可进一步反演相应高度处的大气相干长度和大气折射率结构常数。在本文的仿真试验参数条件下,数值仿真结果分析可分为四部分:（1）空中光斑锐度直径随着湍流的增强,起伏量增大,即光束能量集中程度有较大的变化。（2）成像光斑的锐度直径在2 km以内迅速减小,2 km以外,缓慢减小。当仿真高度到达10 km时,成像光斑锐度直径减小至2.45×10-4 m。（3）通过对比仿真结果反演得到的大气湍流廓线与仿真输入的HV5/7（Hufnagel-Valley5/7）模型得到,两者在整体趋势上具有较好的一致性,初步证明差分波前激光雷达探测大气湍流原理及方法的可靠性。（4）为了探究不同参数对仿真试验结果的影响,设计了不同网格间距和传输次数的仿真试验。结果表明,选取较小的网格间距可减小仿真结果的误差。在条件允许的情况下尽可能获取较多的样本量,有利于准确有效地获得大气湍流廓线。利用自研的差分波前激光雷达系统开展了初步的实验探测,通过实验探测与数值仿真得到的回波光子数廓线的对比,发现两者具有较好的一致性。随后,对两者进行了相关性分析,复相关系数达0.98。经过对初步的实验探测结果处理,得到了大气相干长度随时间的变化,以及大气折射率结构常数的廓线分布。通过对实验结果分析,得到差分波前激光雷达具有可靠的探测性能。
汤汇[8]（2021）在《强湍流效应中光束漂移特性的研究》文中研究指明当光束在湍流介质中传播时,它会受到温度等因素随机扰动的作用,这种随机扰动导致了折射率的波动,如此会使光束在传输中不再保持原有路径,而是光束的质心会发生漂移。对于光束漂移这种现象,在弱湍流情况下的光束漂移理论研究已经有了很好地适用性,但是在强湍流条件下的光束的漂移现象的理论研究甚少,因此仍需要对强湍流条件下的光束漂移理论进行更深入的研究。本文以安德鲁斯光束漂移模型为基础,主要针对强湍流条件下的光束漂移展开研究。为了研究在强湍流情况下,大气湍流外尺度与内尺度对光束漂移特性的影响,利用修正的von Karman谱,分别推导出高斯光束在聚焦和准直条件下传输的光束漂移方差表达式,并且通过实验数据得到验证。利用数值仿真,模拟计算了不同湍流条件对光束漂移特性的影响,包括湍流效应强弱、外尺度,以及内尺度大小对光束漂移的影响。将仿真模拟的结果与理论研究结论进行对比验证,其结果表明,湍流效应强弱与外尺度大小对光束漂移的影响较大,当湍流效应变强或外尺度变大时,光束漂移会更严重,内尺度的变化对光束漂移的特性无显着影响,在研究时可以忽略不计,为光束漂移的实验应用提供了理论基础与参考依据。
杨盛凯[9]（2021）在《部分相干反常涡旋光束在各向异性非Kolmogorov大气湍流中的传输特性》文中认为激光作为自由空间光通信的信息载体,在大气传输过程中不可避免受到大气湍流的影响,使得光束的相位波前发生变化,传输特性改变进而引起一系列光束质量降低的负面影响。严重制约了激光雷达探测、地对空光通信、军事等领域的应用。研究人员发现具有螺旋相位结构的涡旋光束能够携带更多的信息,是一种良好的光束载体,因此研究涡旋光束在大气湍流中的传输具有实用意义。本文研究的光束是部分相干反常涡旋光束（partially coherent anomalous vortex beam,以下简称:PCAV-Beam）,是涡旋光束的一种特殊表现形式,又以各向异性非Kolmogorogv大气湍流谱作为大气湍流的理论模型。通过以广义的惠更斯-菲涅尔原理、维格纳分布函数的二阶矩定义作为理论依据,利用数值模拟的方法研究PCAV-Beam在各向异性非Kolmogorov大气湍流中的传输特性。具体研究内容如下:1、具体阐述本文的研究目的及研究意义,对激光在大气湍流中的传输以及国内外的研究情况进行总结与分析。列举了一些常见的涡旋光束模型（拉盖尔-高斯光束、面包圈空心光束、高阶贝塞尔光束、PCAV-Beam）和一些常用的大气湍流功率谱模型,简单介绍了广义的惠更斯-菲涅尔原理、交叉谱密度函数、维格纳分布函数、二阶矩理论等光场统计理论。2、利用广义的惠更斯-菲涅尔原理推导出PCAV-Beam在接收平面上的光强表达式并对其进行数值模拟,分析了不同拓扑荷数对光束相位分布的影响,以及不同光束阶数、不同束宽对亮环分布的影响。推导出PCAV-Beam在各向异性非Kolmogorov大气湍流中传输的光强解析表达式,通过数值模拟,分析其在不同光束参数:光束阶数、拓扑荷数、光束束宽,不同传输距离和不同大气湍流各向异性参数下,PCAV-Beam相对光强的变化情况。3、利用广义的惠更斯-菲涅尔原理、维格纳分布函数的二阶矩理论,推导出PCAV-Beam在各向异性非Kolmogorov大气湍流中传输时的M2因子与光束漂移解析表达式。通过数值模拟研究了拓扑荷数、电磁初始偏振度、光束相干长度等光束参数对M2因子和光束漂移的影响,以及研究了大气折射率结构常数、各向异性参数、广义指数参数、大气湍流内尺度、大气湍流外尺度等大气湍流参数对M2因子与光束漂移的影响。
骆传凯[10]（2020）在《阵列涡旋光束大气传输特性及OAM通信性能研究》文中认为自上世纪90年代以来,涡旋光束因其携带的轨道角动量,在光通信、光学微操控、光信息处理等方面具有重要潜在应用价值而得到了广泛关注。对自由空间光通信而言,涡旋光束可以极大地提高信道容量,但由于大气湍流对光束相位的随机扰动,引起了光斑扩展、光束漂移、光强闪烁等一系列常见湍流效应,此外对涡旋光束相位的扰动还会造成螺旋谱弥散、模式纯度降低,这些传输效应对光束的通信性能造成了极大的影响。为了分析大气湍流对涡旋光束的影响,本文采用了理论推导、数值方法相结合的研究方式。由于涡旋光束模型的复杂性,之前的研究中通常只对低阶（拓扑荷为±1）情况进行研究。本文针对高斯涡旋光束（GVB）模型进行研究,利用欧拉公式处理后级数展开,以便于积分处理,结合广义Huygens-Fresnel原理和Rytov近似,可以推导出任意阶GVB的平均光强表达式。该方法同样适用于GVB的复合光束模型在自由空间/大气湍流中传输的解析推导,后面以对称双涡旋光束和阵列高斯涡旋光束（GVBA）为例给出了传输后复振幅（自由空间传输）/平均光强（大气）的结果。在此理论基础上,本文系统地研究了GVB、对称双涡旋光束、GVBA的大气传输特性,并对GVB、GVBA的模式纯度和通信性能进行了分析。本文具体研究内容包括:1、推导了任意阶GVB经大气湍流介质中传输后的光强表达式,并对光束的扩展、漂移和闪烁情况进行了仿真分析,结果表明湍流强度和拓扑荷的影响要明显大于其它参量。针对多涡旋光束一种特殊情况——对称双涡旋光束的传输特性进行了研究,给出了其在真空中传输后的复振幅,数值仿真后与之前的研究结果对比验证了方法/结果的可靠性,之后研究了大气湍流中对称双涡旋光束的光强演化情况进行了研究,结果表明光束中光学涡旋数目与整体拓扑荷数对光束的演化都有着显着的影响,当光束中携带两个拓扑荷绝对值相等的光学涡旋时,该光束经湍流传输过程中这对光学涡旋非常稳定。2、推导了GVBA经大气湍流传输后的平均光强表达式,分析了两种分布形式的GVBA在自由空间和大气湍流中传输时的光强演化情况,结果表明两种GVBA在大气湍流中传输一段距离后都会融合为类高斯涡旋光束,随着传输距离的继续增大,光束会进一步退化为类高斯光束。在此基础上通过数值积分得到了光斑扩展结果,对比GVBA和GVB的束宽结果可知,随着传输距离的增大,GVBA与GVB最终的束宽会趋近,即光束扩展由衍射效应主导。分析了径向GVBA的光束漂移,发现光束参量或湍流参量对光束漂移均有较大的影响,且光束漂移与阵元数目、拓扑荷存在一定的线性关系。利用多相位屏法分析了径向GVBA的光束漂移/光强闪烁,闪烁指数随着传输距离的增大一般都呈现出先上升,再下降,之后趋于平稳的过程,通过合理选择GVBA的参数,可以得到比GVB低的多的闪烁指数,这对于OAM通信应用的研究具有重要意义。3、基于相位屏的数值方法得到GVB经大气传输之后的光场结果,螺旋谐波展开得到涡旋光束的螺旋谱,进而计算了描述光束通信性能的一些参量如模式纯度、信道容量。计算了GVB在大气中的闪烁指数,对基于二进制启闭键控（OOK）调制的通信系统误码率进行了研究,研究表明即使在弱湍流下传输至1000m处误码率也很难达到通信要求。分析了GVBA相干合成得到的涡旋光束模式纯度,与阵列高斯光束（GBA）合成涡旋光束的情况进行对比,结果表明阵元数目、子光束束腰半径越大,组束环半径越小,即光束阵列越密集,则光束的模式纯度越高。此外,无论（径向分布）GBA或是（径向分布）GVBA,随着在自由空间中传输距离的增大,模式纯度都会经历一个激增的过程,不同之处在于,GBA的模式纯度在激增过后缓慢下降,而GVBA的模式纯度则急剧下降,最后保持与源平面处相近的水平,单从这个角度来看,GBA的合成效果要比GVB好。
二、激光在大气湍流态中传播(Ⅰ)—湍流研究的基本理论（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、激光在大气湍流态中传播(Ⅰ)—湍流研究的基本理论（论文提纲范文）
（1）阵列相干声源改变大气折射率结构常数对光波传输特性影响的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 大气湍流国内外研究现状 |
| 1.2.2 大气湍流中光的传输特性研究 |
| 1.2.3 阵列相干声源国内外研究现状 |
| 1.3 本文主要工作与安排 |
| 2 相干声波及大气折射率基础理论 |
| 2.1 声波的物理性质 |
| 2.1.1 声波的波动方程 |
| 2.1.2 声波的叠加原理 |
| 2.1.3 声波的相干性 |
| 2.1.4 声波在大气中的衰减 |
| 2.2 大气折射率概述 |
| 2.2.1 大气折射率的测量方法 |
| 2.2.2 大气折射率计算方法 |
| 2.2.3 大气折射率结构常数C_n~2 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 不同“组合阵列声源”激发局部空间“人工折射率不均匀体”研究 |
| 3.1 相干声源激发折射率不均匀体 |
| 3.1.1 点阵列相干声源模型 |
| 3.2 不同“组合阵列声源”与人工不均匀体作用研究 |
| 3.2.1 “平面组合阵列声源”激发局部空间“人工折射率不均匀体” |
| 3.2.2 “空间立体组合阵列声源”激发局部空间“人工折射率不均匀体” |
| 3.2.3 “曲面组合阵列声源”激发局部空间“人工折射率不均匀体” |
| 3.3 不同类型组合阵列声源激发人工不均匀体对比分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 光波在“人工折射率不均匀体”中的传输特性 |
| 4.1 声源影响下大气折射率结构常数的改变 |
| 4.1.1 声源激发“折射率不均匀体”的折射率结构常数 |
| 4.1.2 声源影响下大气湍流折射率结构常数 |
| 4.2 光波在“人工折射率不均匀体”中的传输特性 |
| 4.2.1 波束在“人工折射率不均匀体”中的扩展特性 |
| 4.2.2 波束在“人工折射率不均匀体”中的漂移 |
| 4.2.3 平面波在“人工折射率不均匀体”中的光强闪烁 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 总结 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间主要研究成果 |
（2）卫星激光通信系统信号传输与识别方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题背景与研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 卫星激光通信发展现状 |
| 1.2.2 卫星激光通信传输保障性技术现状 |
| 1.2.3 信号调制格式识别技术现状 |
| 1.3 本文的主要工作 |
| 1.4 论文组织结构 |
| 第二章 大气湍流特性与信道建模方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 大气湍流特性概述 |
| 2.2.1 大气湍流产生原理 |
| 2.2.2 柯尔莫哥洛夫湍流理论 |
| 2.3 基于多相位屏的湍流信道建模方法 |
| 2.4 激光的光强分布模型 |
| 2.4.1 Log-Normal模型 |
| 2.4.2 Gamma-Gamma模型 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 大气激光传播特性与自适应光学补偿方法 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 大气激光传输特性 |
| 3.2.1 光的波动方程与菲涅尔衍射 |
| 3.2.2 高斯光束的传输特性 |
| 3.2.3 基于光强变化指数的湍流影响衡量方法 |
| 3.3 基于HIOA的自适应光学补偿方法 |
| 3.3.1 设计思路 |
| 3.3.2 基于HIOA的波前相位重构原理及实现 |
| 3.4 基于HIOA的自适应光学补偿方法性能分析 |
| 3.4.1 仿真设置 |
| 3.4.2 仿真结果分析 |
| 3.5 本章小节 |
| 第四章 基于分区分形特征和支持向量机的单载波信号识别 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于分区分形特征和支持向量机的单载波信号识别方法 |
| 4.2.1 设计思路 |
| 4.2.2 基于FDR的特征提取算法 |
| 4.2.3 基于支持向量机的分类器设计 |
| 4.3 基于分区分形特征和支持向量机的单载波信号识别方法性能分析 |
| 4.3.1 仿真设置 |
| 4.3.2 自由空间信道中的识别性能 |
| 4.3.3 大气时变信道中的识别性能 |
| 4.4 本章小节 |
| 第五章 基于多特征输入和混合训练神经网络的多载波信号识别 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基于多特征输入和混合训练神经网络的多载波信号识别方法 |
| 5.2.1 设计思路 |
| 5.2.2 OFDM信号模型及特征 |
| 5.2.3 基于多特征输入的混合训练神经网络结构设计 |
| 5.2.4 基于多特征输入的混合训练神经网络训练过程 |
| 5.3 基于多特征输入和混合训练神经网络的多载波信号识别方法性能分析 |
| 5.3.1 仿真设置 |
| 5.3.2 自由空间信道中的识别性能 |
| 5.3.3 大气时变信道中的识别性能 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 缩略语 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文目录和其他成果 |
（3）跨介质激光传输特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| §1.1 研究背景及意义 |
| §1.2 国内外研究现状 |
| §1.2.1 海水信道研究进展 |
| §1.2.2 大气信道研究进展 |
| §1.2.3 跨介质信道研究进展 |
| §1.3 论文的章节安排 |
| 第二章 海水信道特性研究与仿真 |
| §2.1 海水的吸收效应 |
| §2.2 海水的散射效应 |
| §2.3 海水的衰减效应 |
| §2.4 体积散射函数 |
| §2.5 光束在海水中传输的MC仿真 |
| §2.5.1 仿真流程与算法 |
| §2.5.2 海水信道垂直分层 |
| §2.6 仿真结果与分析 |
| §2.7 本章小结 |
| 第三章 海/气界面信道特性研究 |
| §3.1 海浪谱 |
| §3.1.1 海浪频谱 |
| §3.1.2 方向谱 |
| §3.2 三维随机海浪建模 |
| §3.3 海浪对光斑的影响 |
| §3.4 仿真结果与分析 |
| §3.5 本章小结 |
| 第四章 大气信道特性研究 |
| §4.1 大气湍流理论 |
| §4.1.1 大气湍流的产生与特征 |
| §4.1.2 光在大气湍流中传输存在的难题 |
| §4.2 海洋环境下大气湍流模型 |
| §4.2.1 典型湍流模型 |
| §4.2.2 湍流廓线模型 |
| §4.3 激光在菲柯尔莫哥洛夫湍流中的传播特性 |
| §4.3.1 N-O-K湍流理论 |
| §4.3.2 N-O-K湍流光束漂移方差 |
| §4.3.3 N-O-K湍流到达角起伏 |
| §4.4 N-O-K湍流相位屏生成 |
| §4.5 垂直大气湍流相位屏设置 |
| §4.6 仿真结果分析 |
| §4.7 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| §5.1 结论 |
| §5.2 下一步工作 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者在攻读硕士期间的主要研究成果 |
（4）激光主动照明成像质量提升研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 激光主动成像系统关键技术研究 |
| 1.2.1 波长选择 |
| 1.2.2 距离选通技术 |
| 1.3 国内外研究进展 |
| 1.3.1 主动照明技术国内外研究现状 |
| 1.3.2 湍流抑制技术研究 |
| 1.4 本文研究的主要内容 |
| 第2章 随机介质中的光场传输理论 |
| 2.1 大气的光学性质 |
| 2.1.1 随高度变化的大气结构 |
| 2.1.2 大气的吸收与散射 |
| 2.1.3 大气湍流 |
| 2.2 真空中的主动照明光传输理论 |
| 2.3 大气湍流中的光传输理论 |
| 2.3.1 折射率功率谱模型 |
| 2.3.2 大气湍流中的波传输分析方法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 激光主动成像光场闪烁抑制研究 |
| 3.1 多光束照明湍流效应抑制原理 |
| 3.2 多波长照明湍流抑制原理 |
| 3.2.1 多波长照明光场描述 |
| 3.2.2 弱湍流起伏下的闪烁指数 |
| 3.3 多光束多波长湍流抑制原理 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 激光主动成像湍流抑制的仿真分析 |
| 4.1 单光束激光主动照明成像仿真 |
| 4.1.1 单光束真空传输主动照明仿真 |
| 4.1.2 单光束激光大气主动照明仿真 |
| 4.2 多光束单波长湍流效应抑制仿真研究 |
| 4.3 多波长单光束湍流效应抑制仿真研究 |
| 4.4 多光束多波长湍流效应抑制仿真研究 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 激光主动成像实验研究 |
| 5.1 室内激光主动成像湍流抑制实验 |
| 5.1.1 大气湍流模拟系统 |
| 5.1.2 单光束单波长照明实验 |
| 5.1.3 多光束单波长湍流抑制实验 |
| 5.1.4 单光束多波长湍流抑制实验 |
| 5.1.5 多光束多波长湍流抑制实验 |
| 5.2 主动照明外场试验 |
| 5.2.1 试验系统搭建 |
| 5.2.2 试验内容及分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 基于空间调制技术的波前探测与图像复原研究 |
| 6.1 空间调制相位差法基本原理 |
| 6.1.1 光瞳大小调制相位差法 |
| 6.1.2 快门空间调制相位差法 |
| 6.2 噪声模型 |
| 6.2.1 泊松噪声 |
| 6.2.2 高斯噪声 |
| 6.3 光束质量评价 |
| 6.4 改进的空间调制相位差法 |
| 6.4.1 改进的光瞳大小调制技术研究 |
| 6.4.2 改进的快门空间调制技术 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 总结和展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（5）大气湍流对单模光纤耦合效率影响的理论分析与实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究发展现状 |
| 1.2.1 国外发展现状 |
| 1.2.2 国内发展现状 |
| 1.3 研究目的及主要研究内容 |
| 1.3.1 研究目的 |
| 1.3.2 主要研究内容 |
| 第2章 大气湍流与光束质量评价的基本理论 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 大气湍流理论 |
| 2.2.1 大气层的组成 |
| 2.2.2 大气湍流的形成 |
| 2.2.3 折射率起伏 |
| 2.2.4 折射率结构常数 |
| 2.3 光束质量评价与波前像差 |
| 2.3.1 斯特列尔比 |
| 2.3.2 泽尼克多项式 |
| 2.4 自适应光学系统简介 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 波前像差对耦合效率的影响分析与实验验证 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 单模光纤耦合效率的计算方法 |
| 3.2.1 模式匹配法 |
| 3.2.2 斯特列尔比近似和桶中功率法 |
| 3.3 光学系统对耦合效率的影响 |
| 3.4 单一模式像差对耦合效率的影响 |
| 3.4.1 圆对称类像差 |
| 3.4.2 倾斜-慧差类像差 |
| 3.4.3 像散类像差 |
| 3.5 随机湍流像差对耦合效率的影响 |
| 3.6 波前像差模式对耦合效率影响的实验验证 |
| 3.6.1 实验系统的建立 |
| 3.6.2 系统标校 |
| 3.6.3 实验结果与分析 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 整体倾斜对耦合效率的影响分析与校正实验 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 整体倾斜校正的必要性 |
| 4.2.1 大气湍流与波前整体倾斜 |
| 4.2.2 整体倾斜的估计 |
| 4.2.3 衍射极限角与耦合效率 |
| 4.3 整体倾斜校正方法 |
| 4.3.1 校正系统的组成及工作原理 |
| 4.3.2 倾斜校正器件 |
| 4.3.3 倾斜传感器 |
| 4.4 倾斜像差的频率特性 |
| 4.4.1 波前整体倾斜的功率谱估计 |
| 4.4.2 泰勒频率与观测条件 |
| 4.4.3 倾斜校正系统带宽对耦合效率的影响 |
| 4.5 倾斜像差校正实验 |
| 4.5.1 实验系统建立 |
| 4.5.2 系统标校 |
| 4.5.3 高阶像差对倾斜探测的影响 |
| 4.5.4 倾斜校正系统带宽测试 |
| 4.5.5 整体倾斜扰动抑制实验 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 高阶像差对耦合效率的影响分析与校正实验 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 高阶像差的校正方法 |
| 5.2.1 系统组成及工作原理 |
| 5.2.2 波前校正器 |
| 5.2.3 波前传感器 |
| 5.2.4 校正方法 |
| 5.3 空间模式校正数目 |
| 5.3.1 大气湍流中高阶像差模式的分布 |
| 5.3.2 校正模式数目对耦合效率的影响 |
| 5.4 时间频率特性分析 |
| 5.4.1 高阶像差的功率谱 |
| 5.4.2 格林伍德频率与观测条件 |
| 5.4.3 系统带宽对耦合效率的影响 |
| 5.5 高阶像差校正实验 |
| 5.5.1 实验系统建立 |
| 5.5.2 系统标校 |
| 5.5.3 不同格林伍德频率下的耦合实验 |
| 5.5.4 不同校正频率下的耦合实验 |
| 5.5.5 模拟湍流像差抑制下的激光通信实验 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 研究内容总结 |
| 6.2 论文创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（6）星地激光通信光斑图像压缩感知应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 论文研究的背景及意义 |
| 1.2 星地激光通信图像压缩感知概述 |
| 1.3 空间激光通信的国内外发展现状 |
| 1.3.1 国际上空间激光通信发展现状 |
| 1.3.2 国内激光通信发展现状 |
| 1.4 压缩感知应用发展现状 |
| 1.5 本文主要研究内容及章节安排 |
| 第2章 压缩感知技术 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 压缩感知理论基础 |
| 2.3 压缩感知测量系统设计与分析 |
| 2.3.1 单像素相机系统 |
| 2.3.2 编码孔径压缩感知相机系统 |
| 2.3.3 压缩感知专用传感器 |
| 2.4 压缩感知在星地激光通信上的应用分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 压缩感知重建算法 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 图像重建算法 |
| 3.2.1 基于贪婪算法的图像重建算法 |
| 3.2.2 基于最优化的传统重建算法 |
| 3.2.3 基于深度学习的重建方法 |
| 3.2.4 基于深度学习的视频压缩重建算法 |
| 3.3 基于小波分解的多重稀疏性深度学习重建算法 |
| 3.3.1 小波变换与W-CSR模型的构建 |
| 3.3.2 损失函数的构建与相关迭代参数的优化 |
| 3.4 自然图像的重建与分析 |
| 3.5 激光通信光斑图像的重建与分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 基于压缩感知信息对大气湍流分析的影响研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 大气湍流关键参数分析与退化光斑图像的模拟 |
| 4.2.1 大气湍流的关键参数分析 |
| 4.2.2 大气湍流影响下的退化光斑图像模拟 |
| 4.3 重建光斑图像信息损失对湍流参数计算的影响分析 |
| 4.3.1 弱湍流下信息损失对湍流的影响分析 |
| 4.3.2 中等湍流下信息损失对湍流的影响分析 |
| 4.3.3 强湍流下信息损失对湍流的影响分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 从压缩信息中实时获取光斑位置的方法研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 压缩感知采样矩阵 |
| 5.2.1 随机测量矩阵 |
| 5.2.2 结构化随机测量矩阵 |
| 5.2.3 确定性测量矩阵 |
| 5.2.4 深度学习网络模型中的测量矩阵 |
| 5.3 小噪声下的采样矩阵设计与跟瞄 |
| 5.4 大背景噪声下跟瞄与CSD-CenterNet算法的设计 |
| 5.4.1 背景噪声对全局质心的影响与分析 |
| 5.4.2 适用于大背景噪声下的压缩感知噪声抑制质心求解模型设计 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 论文工作总结 |
| 6.2 创新性工作 |
| 6.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
| 致谢 |
（7）激光雷达探测大气湍流廓线数值仿真与实验分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 数值仿真方法 |
| 1.2.2 实验探测技术 |
| 1.3 论文研究内容及结构安排 |
| 第2章 探测大气湍流廓线激光雷达技术和方法 |
| 2.1 差分像移激光雷达 |
| 2.2 差分光柱激光雷达 |
| 2.3 Cross-Path激光雷达 |
| 2.4 光强闪烁激光雷达 |
| 2.5 差分波前激光雷达 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 大气湍流廓线数值仿真理论模型 |
| 3.1 仿真系统模型 |
| 3.2 激光束在大气湍流中传输模型 |
| 3.2.1 激光束传输模型 |
| 3.2.2 湍流相位屏 |
| 3.2.3 大气分子和气溶胶粒子消光模型 |
| 3.3 网格采样优化 |
| 3.4 非相干成像 |
| 3.5 反演湍流廓线模型 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 数值仿真结果 |
| 4.1 湍流相位屏的检验 |
| 4.2 仿真光斑特征 |
| 4.2.1 空中光斑特征 |
| 4.2.2 成像光斑特征 |
| 4.3 廓线反演结果及影响因素分析 |
| 4.3.1 大气湍流廓线仿真反演结果 |
| 4.3.2 网格设计的影响 |
| 4.3.3 采样帧数的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 实验探测分析 |
| 5.1 回波光子数 |
| 5.1.1 实验探测的回波光子数计算 |
| 5.1.2 数值仿真与实验探测的回波光子数对比 |
| 5.2 大气湍流探测结果 |
| 5.2.1 大气相干长度 |
| 5.2.2 大气湍流廓线 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 主要结论 |
| 6.2 论文创新点 |
| 6.3 存在问题及展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（8）强湍流效应中光束漂移特性的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 本论文的结构安排 |
| 第2章 高斯光束湍流大气传输基本理论 |
| 2.1 大气湍流的主要参数 |
| 2.1.1 大气湍流内外尺度 |
| 2.1.2 大气湍流结构常数 |
| 2.1.3 大气湍流折射率功率谱 |
| 2.2 高斯光束在大气湍流中的传输理论 |
| 2.2.1 自由空间传输的高斯光束 |
| 2.2.2 Born近似 |
| 2.2.3 Rytov近似 |
| 2.2.4 高阶矩方程的描述 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 强湍流效应下的光束漂移 |
| 3.1 光束漂移模型 |
| 3.2 高斯光束平面表征参数 |
| 3.3 光束漂移方差的推导 |
| 3.3.1 不考虑内外尺度的光束漂移方差 |
| 3.3.2 von Karman谱下的光束漂移 |
| 3.3.3 exponential谱下的光束漂移 |
| 3.3.4 修正的von Karman谱下的光束漂移 |
| 3.4 光束漂移的数值分析 |
| 3.4.1 与实验结果的比对 |
| 3.4.2 外尺度对于光束漂移的影响 |
| 3.4.3 内尺度对于光束漂移的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 光束漂移的模拟分析 |
| 4.1 激光大气传输方程及数值计算方法 |
| 4.1.1 传输方程的数值计算方法 |
| 4.1.2 湍流相位屏的理论比较 |
| 4.2 湍流效应对光束漂移的影响 |
| 4.2.1 不同湍流效应下的光传输特性 |
| 4.2.2 光束漂移的变化特性 |
| 4.3 外尺度对光束漂移的影响 |
| 4.3.1 不同外尺度下的光传输特性 |
| 4.3.2 光束漂移的变化特性 |
| 4.4 内尺度对光束漂移的影响 |
| 4.4.1 不同内尺度下的光传输特性 |
| 4.4.2 光束漂移的变化特性 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 本人完成的工作总结 |
| 5.2 本文工作的创新点 |
| 5.3 下一步的工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（9）部分相干反常涡旋光束在各向异性非Kolmogorov大气湍流中的传输特性（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 激光大气传输的研究背景与研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 光束大气湍流传输特性 |
| 1.4 本文主要内容及各章节安排 |
| 2 基础理论 |
| 2.1 涡旋光束模型 |
| 2.1.1 拉盖尔高斯光束 |
| 2.1.2 面包圈空心光束 |
| 2.1.3 高阶贝塞尔光束 |
| 2.1.4 PCAV-Beam |
| 2.2 自由空间中的光束传输理论 |
| 2.3 光场统计理论 |
| 2.3.1 互相干函数 |
| 2.3.2 交叉谱密度函数 |
| 2.3.3 Wigner分布函数 |
| 2.4 二阶矩理论 |
| 2.5 大气湍流基本理论 |
| 3 反常涡旋光束在各向异性大气湍流中的光强分布 |
| 3.1 反常涡旋光束在各向异性大气湍流中的光强理论模型 |
| 3.2 数值分析 |
| 3.3 小结 |
| 4 各向异性大气湍流对PCAV-Beam M~2因子与漂移的影响 |
| 4.1 理论模型与公式 |
| 4.2 数值分析 |
| 4.3 小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表论文及科研成果 |
| 致谢 |
（10）阵列涡旋光束大气传输特性及OAM通信性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号对照表 |
| 缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 涡旋光束大气传输研究现状 |
| 1.2.1 单涡旋光束传输特性研究现状 |
| 1.2.2 涡旋光束模式纯度研究现状 |
| 1.2.3 多涡旋光束传输演化特性研究现状 |
| 1.2.4 阵列涡旋光束传输特性研究现状 |
| 1.3 论文结构安排及框架 |
| 1.4 论文创新点 |
| 第二章 湍流大气中光传输基本理论和方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 大气湍流及其光学统计特性 |
| 2.2.1 湍流基本描述 |
| 2.2.2 折射率起伏 |
| 2.2.3 大气折射率结构常数 |
| 2.2.4 大气湍流功率谱密度函数 |
| 2.3 湍流大气中光传播的研究方法概述 |
| 2.3.1 高斯光束模型 |
| 2.3.2 Rytov方法 |
| 2.3.3 广义Huygens-Fresnel原理 |
| 2.3.4 湍流介质中光传输的相位屏法 |
| 2.4 小结 |
| 第三章 高斯涡旋光束大气传输特性 |
| 3.1 奇点光学与涡旋光束 |
| 3.1.1 引言 |
| 3.1.2 光学涡旋与涡旋光束 |
| 3.1.3 典型涡旋光束模型简介 |
| 3.2 高斯涡旋光束大气传输特性 |
| 3.2.1 光束模型及数学处理 |
| 3.2.2 自由空间中传输 |
| 3.2.3 大气湍流中传输 |
| 3.2.4 光束扩展 |
| 3.2.5 光束漂移 |
| 3.2.6 光强闪烁 |
| 3.3 对称双涡旋光束传输特性 |
| 3.3.1 双涡旋光束模型 |
| 3.3.2 双涡旋光束大气传输 |
| 3.3.3 数值仿真 |
| 3.4 小结 |
| 第四章 大气湍流中阵列高斯涡旋光束传输特性 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 光束模型 |
| 4.2.1 线型分布 |
| 4.2.2 矩形分布 |
| 4.2.3 径向分布 |
| 4.2.4 二项式展开 |
| 4.3 自由空间传输 |
| 4.4 大气湍流中传输 |
| 4.4.1 公式推导 |
| 4.4.2 光强演化 |
| 4.5 光束扩展 |
| 4.5.1 矩形分布 |
| 4.5.2 径向分布 |
| 4.6 光束漂移 |
| 4.7 光强闪烁 |
| 4.8 小结 |
| 第五章 大气湍流中涡旋光束通信性能研究 |
| 5.1 轨道角动量通信原理简介 |
| 5.1.1 引言 |
| 5.1.2 基本原理 |
| 5.2 高斯涡旋光束大气通信性能研究 |
| 5.2.1 模式纯度与信道容量 |
| 5.2.2 高斯涡旋光束通信性能研究 |
| 5.3 阵列高斯光束模式纯度分析 |
| 5.3.1 光束模型 |
| 5.3.2 数值仿真:光纤出射 |
| 5.3.3 数值仿真:大孔径出射 |
| 5.4 阵列涡旋光束螺旋谱分析 |
| 5.4.1 源平面处 |
| 5.4.2 自由空间传输 |
| 5.5 小结 |
| 第六章 结论和展望 |
| 6.1 研究结论 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
四、激光在大气湍流态中传播(Ⅰ)—湍流研究的基本理论（论文参考文献）
- [1]阵列相干声源改变大气折射率结构常数对光波传输特性影响的研究[D]. 王文静. 西安理工大学, 2021(01)
- [2]卫星激光通信系统信号传输与识别方法研究[D]. 李姗姗. 北京邮电大学, 2021(01)
- [3]跨介质激光传输特性研究[D]. 翟德燕. 桂林电子科技大学, 2021(02)
- [4]激光主动照明成像质量提升研究[D]. 杨欣欣. 中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所), 2021(08)
- [5]大气湍流对单模光纤耦合效率影响的理论分析与实验研究[D]. 刘永凯. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2021(01)
- [6]星地激光通信光斑图像压缩感知应用研究[D]. 王振. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2021(08)
- [7]激光雷达探测大气湍流廓线数值仿真与实验分析[D]. 王彩玉. 中国科学技术大学, 2021(08)
- [8]强湍流效应中光束漂移特性的研究[D]. 汤汇. 中国科学技术大学, 2021(08)
- [9]部分相干反常涡旋光束在各向异性非Kolmogorov大气湍流中的传输特性[D]. 杨盛凯. 西华大学, 2021(02)
- [10]阵列涡旋光束大气传输特性及OAM通信性能研究[D]. 骆传凯. 西安电子科技大学, 2020(02)