第1章 绪论 1
1.1 无线光通信与大气湍流 1
1.2 大气湍流效应研究进展 3
1.3 大气湍流及其效应 5
1.3.1 湍流的形成 5
1.3.2 雷诺数 6
1.3.3 湍流的内、外尺度 7
1.3.4 湍流的特性 8
1.3.5 大气结构常数 9
1.4 大气湍流折射率起伏谱模型 11
1.4.1 光束扩展 13
1.4.2 光束漂移 14
1.4.3 光强闪烁 16
1.4.4 到达角起伏 16
1.4.5 大气湍流模型 18
1.5 部分相干光 20
1.5.1 部分相干光的定义 20
1.5.2 空间-时间域 20
1.5.3 空间-频率域 21
1.6 部分相干光的研究方法 22
1.6.1 广义惠更斯-菲涅耳原理 22
1.6.2 交叉谱密度函数 23
1.7 大气湍流中光传输的分析方法 24
1.7.1 Rytov近似 24
1.7.2 Markov近似 26
1.8 部分相干GSM光束的产生 28
1.8.1 基模高斯光束和GSM光束的相干性 28
1.8.2 相位屏理论 31
1.8.3 随机相位屏的生成及结果分析 33
1.8.4 实验及其结果分析 34
参考文献 36
第2章 光强分布与光束扩展 42
2.1 引言 42
2.2 光束在大气湍流中传输 43
2.2.1 光束在大气湍流中传输的几何模型 43
2.2.2 光束在大气湍流中传输的数学模型 44
2.3 大气湍流中光束传输数值分析 48
2.3.1 光强分布数值分析 48
2.3.2 光束扩展数值分析 55
参考文献 63
第3章 光束漂移 66
3.1 引言 66
3.2 部分相干光束在大气湍流中的光束漂移 67
3.3 水平传输的光束漂移与光束扩展 68
3.3.1 光束漂移 68
3.3.2 光束扩展半径 70
3.3.3 光束扩展特性分析 72
3.3.4 光束漂移特性分析 74
3.4 斜程传输的光束漂移与光束扩展 76
3.4.1 部分相干光斜程传输的几何模型 76
3.4.2 光束漂移理论推导 77
3.4.3 光束扩展半径 78
3.4.4 斜程传输扩展特性分析 79
参考文献 82
第4章 光强闪烁和到达角起伏 86
4.1 引言 86
4.2 相干光通信中的波前畸变与波前校正 88
4.3 光强闪烁与到达角起伏 90
4.3.1 光强起伏方差 90
4.3.2 到达角起伏方差 92
4.3.3 光强闪烁特性分析 96
4.3.4 到达角起伏特性分析 100
4.4 到达角起伏与湍流尺度等参数的关系 103
4.4.1 光束在湍流大气中传输时的到达角起伏方差 103
4.4.2 湍流内、外尺度与光束传输距离 106
4.4.3 不同源参数与到达角起伏 107
4.4.4 大气折射率结构常数与到达角起伏 108
4.4.5 到达角起伏与光束波长的关系 109
参考文献 110
第5章 角反射器回波光强特性 114
5.1 引言 114
5.1.1 目标回波特性研究进展 114
5.1.2 逆向调制系统 115
5.2 GSM光束双程斜程传输公式 118
5.3 归一化光强分布特性 123
5.3.1 上行链路中的光强分布 123
5.3.2 接收端的光强分布 124
5.4 数值分析 128
5.4.1 上行链路平均光强特性 128
5.4.2 接收端光强分布特性 130
参考文献 135
第6章 大气湍流中部分相干光束的偏振特性 137
6.1 引言 137
6.1.1 光束通过湍流介质时的偏振特性变化 137
6.1.2 相干检测及其偏振控制 138
6.2 理论分析 141
6.2.1 交叉谱密度矩阵 141
6.2.2 光束的偏振特性 143
6.2.3 光束的偏振方向角 144
6.3 数值计算分析 144
6.3.1 上行与下行传输偏振特性对比 144
6.3.2 水平与斜程传输偏振特性对比 149
参考文献 156
第7章 大气湍流尺度对部分相干光传输特性的影响 159
7.1 引言 159
7.2 理论计算 160
7.3 GSM光束在湍流大气中传输的光强分布 162
7.4 GSM光束在湍流大气中传输的光束扩展 164
7.5 GSM光束在湍流大气中传输的光束漂移 166
参考文献 168
第8章 脉冲光束在大气湍流中水平传输时的展宽 170
8.1 引言 170
8.2 频域-波束半径 171
8.3 时域-脉冲展宽 179
参考文献 188
第9章 部分相干涡旋光束在大气湍流中的传输 191
9.1 引言 191
9.2 理论计算 192
9.2.1 部分相干涡旋光束的光强分布 192
9.2.2 部分相干离轴涡旋光束的光强分布 196
9.3 数值计算分析 198
9.3.1 部分相干GSM涡旋光束在大气湍流中的光强分布 198
9.3.2 部分相干离轴涡旋光束在大气湍流中的光强分布 205
参考文献 210
第10章 阵列光束在大气湍流中的传输 212
10.1 引言 212
10.2 理论计算 213
10.2.1 光强分布 213
10.2.2 均方根束宽 215
10.2.3 桶中功率 216
10.3 部分相干GSM阵列光束的光强分布和自耦合特性 216
10.3.1 传输距离对光强分布和自耦合特性的影响 217
10.3.2 光束圆心位置对光强分布和自耦合特性的影响 219
10.3.3 相干长度、大气折射率结构常数对光强分布和自耦合特性的影响 221
10.3.4 湍流内、外尺度对光强分布和自耦合特性的影响 222
10.4 部分相干GSM阵列光束的光束扩展 223
10.4.1 光束束腰宽度对均方根束宽的影响 223
10.4.2 相干长度、大气折射率结构常数对均方根束宽的影响 223
10.4.3 内、外尺度对均方根束宽的影响 224
10.5 部分相干GSM阵列光束的PIB 225
10.5.1 阵列光束圆心位置、大气折射率结构常数对PIB的影响 225
10.5.2 相干长度、桶半径对PIB的影响 226
参考文献 227
第11章 非Kolmogorov大气湍流对径向部分相干阵列的影响 230
11.1 引言 230
11.2 理论分析 231
11.2.1 瑞利区间 231
11.2.2 湍流距离 234
11.3 数值计算分析 235
11.3.1 瑞利区间的比较 235
11.3.2 湍流距离的比较 239
参考文献 242
第12章 部分相干光束的散斑特性 245
12.1 引言 245
12.2 平均散斑半径 245
12.3 数值分析 248
12.3.1 光源参数的影响 249
12.3.2 大气湍流的影响 251
参考文献 254