激光卫星通中超短时空高斯脉冲瞬时传播特性研究.pdf

摘要本文导出了在激光卫星通信系统下,一种窄带、时空高斯脉冲在纯净空气弱大气湍流下传播时的瞬时展宽和瞬时闪烁的简易分析表达式。瞬时展宽是根据瞬时平均强度的疨Φ牡愕玫降模彩鄙了傅募扑惆饲慷鹊亩琢俊Mü频互相关函数和四频交叉相关函数分别得到强度一阶和二阶量的积分表达式。。计算了上层大气徊娼岷近场蜕闲校滦型ㄐ糯播路径冻具体的数值结果。根据高度为常量和变量时,分析了远场水平传播和斜程传播时的瞬时脉冲展宽和瞬时闪烁指数,讨论了大气湍流强度,外尺度,初始脉冲宽度,发射波束的波束半径,天项角,内尺度,以及光波波长对瞬时展宽和瞬时闪烁指数的影响,对相关数值计算结果进行比较和验证,结果表明影响闪烁的决定性参数是大气湍流强度,外尺度和发射脉冲脉冲宽度。关键词:大气湍流高斯波束传播瞬时展宽瞬时闪烁指数析了根据修正的
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本人签名:烨日期:一日期::压圭垄绉冢呼螅骸唬后茫创新性声明关于论文使用授权的说明本人魉式坏穆畚氖俏腋鋈嗽诘际χ傅枷陆械难芯抗ぷ骷叭〉玫难芯成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果;也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做申请学位论文与资料若有不实之处,本人承担一切相关责任。本人完仓了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定,即:研究生在校攻读’学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕业离校后,发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件,允许查阅和借阅论文;学校可以公布论文的全部或部分内容,可以允许采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。C艿穆畚脑的任何贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。解密后遵’.九比规定导师掺名:,
第一章绪论§研究背景和意义近些年来电磁/光波在大气湍流、地海表面等随机介质中的传播和散射问题,特别是在通信、环境遥感和检测中变得越来越重要了。年美国宇航局“奥德赛”火星探测器,在信息发回过程中丢失了大量数据,收到的数据只有设备传输量的百分之一。美国宇航局科学家称,一种能将数据从火星传送到地球的激光器将于年发射到火星,该激光传输数据的速度将是目前无线电线路传输速度的倍。这将是激光技术在太空的首次实验,并将引领人类进入太空通信新时代。但是当激光波束到达地球大气层时,将不可避免地受到大气湍流的影响,同时在激光束到达地球时将扩展至数百公里宽的区域,许多理论和实验问题急待解决,电磁/光波在这些随机介质中散射和传播的理论和方法【殉晌O执绮ùúァ通信、遥感、材料几何、辐射、目标识别分类、环境系统监测、生物医学诊断、工程材料测试等众多不同学科共同感兴趣的课题,随着激光通信、光学雷达等光学工程的迅猛发展,光束大气传输的湍流效应研究已进入了一个崭新的阶段。近些年激光在通信、雷达、测距、遥感和监测等方面的大量应用有力地促进了光波在大气传输中传输特性的影响,而大气传输研究成果又为提高原有激光应用项目的能力和开拓新的应用领域做出了贡献。九十年代初,俄罗斯随着其大功率半导体激光器件的研制成功,开始了激光大气通信系统技术的实用化研究。随后不久便相继推出了以内的半导体激光大气通信系统并在莫斯科、瓦洛涅什、图拉等城市得以应用。随着器件技术、工艺技术和地面通信系统技术的不断成熟,半导体激光大气通信系统还是未来实现卫星之间的通信的有效手段,因此,在构筑外层空间通信网上,半导体激光自由空间通信将发挥重要的作用。各项关键技术的完善和成熟,为激光大气通信技术实用化提供了强有力的技术保障,使得沉默了十余年之久的激光大气通信技术正在悄然复兴。除了波长为半导体激光外,常用的还有.,.炔ǔさ募す猓葑ḿ也馑悖卫星激光通信在比微波通信数传率高一个数量级的情况下,天线孔径尺寸可比微波通信卫星减小一个数量级,但微波通信受大气的影响较小。由于激光所特有的高强度、高单色性、高相干性和高方向性等诸多特性,就可获得容量更大、波束更窄、增益更高、速度更快、抗干扰性更强和保密性更好等一系列优点,从而使激光成为发展空间通信卫星中最理想的载体。因此湍流大气中分子和气溶胶的衰减与散射以及湍流造成的光束强度起伏了、漂移扩展以及相干性破坏等对激光大气信道传输系统造成的影响必须加以研究【薄
鉴于激光的诸多优点和相当高的空间分辨率,因而在军事中得到了广泛应用。激光武器可分为反卫星、反天基激光武器及反战略导弹等的战略激光武器和用于毁伤光电传感器ㄈ搜、飞机及战术导弹等的战术激光武器。研制激光反卫星武器系统,为控制太空、争夺制天权和夺取空间优势创造更加有利的条件。但激光武器系统处在复杂的大气湍流和战场环