激光卫星通信中超短时空高斯脉冲瞬时传播特性研究

论文摘要

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1 e 2处的点得到的,瞬时闪烁的计算包括了强度的二阶量。通过双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。分析了根据修正的Von Karman谱的折射指数起伏和Hufnagel-Vally湍流模型上得到的近似积分式。计算了上层大气UAV-UAV交叉结合（近场）和上行/下行通信传播路径（远场）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,天顶角,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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外发展动态
• 1.3 论文内容安排
• 第二章 大气湍流概述
• 2.1 大气湍流模型
• 2.2 大气湍流折射率起伏谱模型
• 2.3 本章小结
• 第三章 高斯波束在大气湍流中传播的基本理论
• 3.1 自由空间中高斯波束传播理论
• 3.1.1 自由空间波束传播的旁轴近似方程
• 3.1.2 高斯波束在自由空间中发射和接收处的几个参数
• 3.2 高斯光波束在随机媒质中的传播
• 3.2.1 Born近似
• 3.2.2 Rytov近似
• 3.2.3 谱近似表达式
• 3.2.4 Rytov近似中所需的统计矩
• 3.2.5 长期时间平均统计矩的数学处理方法
• 3.3 本章小结
• 第四章 激光卫星通信中光束传输基本理论
• 4.1 激光通信系统简介
• 4.1.1 通信卫星轨道
• 4.1.2 通信卫星的瞄准和跟踪
• 4.2 湍流大气信道
• 4.2.1 光学湍流模型
• 4.2.2 湍流外尺度、内尺度模型
• 4.3 光波模式和辐照度
• 4.3.1 平均辐照度
• 4.3.2 闪烁指数
• 4.3.3 辐照度的协方差函数
• 4.4 本章小结
• 第五章 高斯脉冲在湍流大气中传播的瞬时展宽特性研究
• 5.1 脉冲展宽的基本理论
• 5.2 高斯脉冲的瞬时平均强度
• 5.3 双频互相干函数
• 5.4 远场近似的瞬时平均强度
• 5.5 高斯脉冲远场近似的瞬时展宽特性分析
• 5.5.1 水平传输时远场瞬时展宽特性
• 5.5.2 斜程传输时远场瞬时展宽特性
• 5.6 连续高斯波束远场瞬时平均强度
• 5.7 本章小结
• 第六章 高斯脉冲在湍流大气中传播的瞬时闪烁特性研究
• 6.1 四频交叉相干函数
• 6.2 远场近似的瞬时闪烁指数
• 6.3 高斯脉冲远场近似的瞬时闪烁特性分析
• 6.3.1 水平传播时远场瞬时闪烁特性
• 6.3.2 斜程传播时远场瞬时闪烁特性
• 6.4 高斯脉冲近场近似的瞬时闪烁指数
• 6.5 高斯脉冲近场近似的瞬时闪烁特性分析
• 6.6 连续高斯波束远、近场瞬时闪烁指数
• 6.7 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间参加科研项目与发表论文情况