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非Kolmogorov大气湍流随机相位屏模拟

李玉杰 朱文越 饶瑞中

李玉杰, 朱文越, 饶瑞中. 非Kolmogorov大气湍流随机相位屏模拟[J]. 红外与激光工程, 2016, 45(12): 1211001-1211001(8). doi: 10.3788/IRLA201645.1211001
引用本文: 李玉杰, 朱文越, 饶瑞中. 非Kolmogorov大气湍流随机相位屏模拟[J]. 红外与激光工程, 2016, 45(12): 1211001-1211001(8). doi: 10.3788/IRLA201645.1211001
Li Yujie, Zhu Wenyue, Rao Ruizhong. Simulation of random phase screen of non-Kolmogorov atmospheric turbulence[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(12): 1211001-1211001(8). doi: 10.3788/IRLA201645.1211001
Citation: Li Yujie, Zhu Wenyue, Rao Ruizhong. Simulation of random phase screen of non-Kolmogorov atmospheric turbulence[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(12): 1211001-1211001(8). doi: 10.3788/IRLA201645.1211001

非Kolmogorov大气湍流随机相位屏模拟

doi: 10.3788/IRLA201645.1211001
基金项目: 

国家863计划

详细信息
    作者简介:

    李玉杰(1990-),女,博士,主要从事激光大气传输数值模拟方面的研究工作。Email:liyjie1017@126.com

    通讯作者: 朱文越(1976-),男,研究员,主要从事大气光学特性、激光大气传输等方面的研究工作。Email:zhuwenyue@aiofm.ac.cn
  • 中图分类号: O439;P401

Simulation of random phase screen of non-Kolmogorov atmospheric turbulence

  • 摘要: 介绍了功率谱法、Zernike多项式法、分形法模拟生成非Kolmogorov湍流相位屏的过程,并利用这三种方法对符合非Kolmogorov统计特征的大气湍流相位屏进行了模拟。将不同方法得到的相位屏的相位结构函数与理论结构函数进行对比,分析了三种相位屏模拟方法的准确性和模拟速度。结果表明:添加次谐波和增加Zernike多项式阶数分别可以弥补功率谱法和Zernike多项式法生成的相位屏低频和高频不足的缺点,但导致模拟效率下降;分形法生成的湍流相位屏高频和低频都较为充足,且模拟效率较高;随着非Kolmogorov湍流谱幂率的增加,功率谱法所需要的次谐波级数增加,Zernike多项式法所需要的Zernike多项式的阶数减少,分形法生成的相位屏的精度更高。
  • [1] Xiang Ningjing, Wu Zhensen, Wang Mingjun. Spreading and wander of Gaussian-Schell model beam propagation through atmospheric turbulence[J]. Infrared and Laser Engineering, 2013, 42(3):658-662. (in Chinese)向宁静, 吴振森, 王明军. 部分相干高斯-谢尔光束在大气湍流中的展宽与漂移[J]. 红外与激光工程, 2013, 42(3):658-662.
    [2] Qian Xianmei, Zhu Wenyue, Rao Ruizhong. Simulation of effect of a high-frequency bump in the turbulence spectrum on laser propagation[J]. Infrared and Laser Engineering, 2006, 35(S):432-436. (in Chinese)钱仙妹, 朱文越, 饶瑞中. 湍流谱中高频泵浦对激光大气传输影响的数值模拟研究[J]. 红外与激光工程, 2006, 35(S):432-436.
    [3] Korotkova O. Intensity and power statistics of laser and random beams in Non-Kolmogorov turbulence[C]//Imaging and Applied Optics, 2014:2.
    [4] Cai Dongmei, Wang Kun, Jia Peng, et al. Sampling methods of power spectral density method simulating atmospheric turbulence phase screen[J]. Acta Physica Sinica, 2014, 63(10):104217. (in Chinese)蔡冬梅, 王昆, 贾鹏, 等. 功率谱反演大气湍流随机相位屏采样方法的研究[J]. 物理学报, 2014, 63(10):104217.
    [5] Nicolas Roddier. Atmospheric wavefront simulation using Zernike polynomials[J]. Opt Engineering, 1990, 129(10):1174-1179.
    [6] Wang Qitao, Tong Shoufeng, Xu Youhui. On simulation and verification of the atmospheric turbulent phase screen with Zernike polynomials[J]. Infrared and Laser Engineering, 2013, 42(7):1907-1911. (in Chinese)王奇涛, 佟首峰, 徐友会. 采用Zernike多项式对大气湍流相位屏的仿真和验证[J]. 红外与激光工程, 2013, 42(7):1907-1911.
    [7] Wu Hanling, Yan Haixing, Li Xinyang. Generation of rectangular turbulence phase screens based on fractal characteristics of distorted wavefront[J]. Acta Optica Sinica, 2009, 129(1):114-119. (in Chinese)吴晗玲, 严海星, 李新阳. 基于畸变相位波前分形特征产生矩形湍流相位屏[J]. 光学学报, 2009, 129(1):114-119.
    [8] Szymon Gladysz, Karin Stein, Erik Sucher, et al. Measuring non-Kolmogorov turbulence[J]. SPIE, 2013, 8890:889013.
    [9] Wu Xiaoqing, Huang Yinbo, Mei Haiping, et al. Measurement of non-Kolmogorov turbulence characteristic parameter in atmospheric surface layer[J]. Acta Optica Sinica, 2014, 34(6):1-6. (in Chinese)吴晓庆, 黄印博, 梅海平, 等. 近地面层大气非Kolmogorov湍流特征参数测量[J]. 光学学报, 2014, 34(6):1-6.
    [10] Rao Ruizhong, Li Yujie. Light propagation through non-Kolmogorov-type atmospheric turbulence and its effects on optical engineering[J]. Acta Optica Sinica, 2015, 35(5):0501003. (in Chinese)饶瑞中, 李玉杰. 非Kolmogorov大气湍流中的光传播及其对光电工程的影响[J]. 光学学报, 2015, 35(5):0501003.
    [11] Tatarskii V I. Wave Propagation in a Turbulent Medium[M]. Beijing:Science Press, 1978.
    [12] Rao Ruizhong. Modern Atmospheric Optics[M]. Beijing:Science Press, 2012. (in Chinese)饶瑞中. 现代大气光学[M]. 北京:科学出版社, 2012.
    [13] Stribling B E, Welsh B M, Roggemann M C. Optical propagation in non-Kolmogorov atmospheric turbulence[J]. SPIE, 1995, 2471:181-196.
    [14] Lane R G, Glindemann A, Dainty J C. Simulation of a Kolmogorov phase screen[J]. Waves in Random Media, 1992, 2(3):209-224.
  • [1] 徐晨露, 郝士琦, 张岱, 赵青松, 宛雄丰.  综合斜程传输和光束扩展影响下的大气湍流相位屏组设计 . 红外与激光工程, 2019, 48(4): 404003-0404003(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0404003
    [2] 柯熙政, 宁川, 王姣.  大气湍流下轨道角动量复用态串扰分析 . 红外与激光工程, 2018, 47(11): 1122002-1122002(7). doi: 10.3788/IRLA201847.1122002
    [3] 王姣, 柯熙政.  部分相干光束在大气湍流中传输的散斑特性 . 红外与激光工程, 2017, 46(7): 722003-0722003(8). doi: 10.3788/IRLA201746.0722003
    [4] 王翰韬, 王运鹰, 姚金任, 郭媛媛, 张宇.  水下湍流连续相位屏生成的仿真研究 . 红外与激光工程, 2017, 46(7): 712001-0712001(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0712001
    [5] 李盾, 宁禹, 吴武明, 孙全, 杜少军.  旋转相位屏的动态大气湍流数值模拟和验证方法 . 红外与激光工程, 2017, 46(12): 1211003-1211003(7). doi: 10.3788/IRLA201746.1211003
    [6] 周颖捷, 周安然, 孙东松, 强希文, 封双连.  差分像移大气湍流廓线激光雷达的研制 . 红外与激光工程, 2016, 45(11): 1130001-1130001(5). doi: 10.3788/IRLA201645.1130001
    [7] 陈牧, 柯熙政.  大气湍流对激光通信系统性能的影响研究 . 红外与激光工程, 2016, 45(8): 822009-0822009(7). doi: 10.3788/IRLA201645.0822009
    [8] 李一芒, 高世杰, 盛磊.  近海激光通信分集技术对大气湍流扰动抑制的实验 . 红外与激光工程, 2016, 45(3): 322001-0322001(7). doi: 10.3788/IRLA201645.0322001
    [9] 李菲, 路后兵.  弱湍流条件下大气光通信的阈值优化方法 . 红外与激光工程, 2016, 45(12): 1211004-1211004(6). doi: 10.3788/IRLA201645.1211004
    [10] 卢芳, 韩香娥.  高斯-谢尔模型阵列光束在湍流大气中的空间相干性 . 红外与激光工程, 2015, 44(1): 305-309.
    [11] 廖天河, 刘伟, 高穹.  不同形状激光波束在大气中传输的湍流效应 . 红外与激光工程, 2015, 44(S1): 41-45.
    [12] 康丽, 朱文越.  长距离光传播路径中大气相干长度的测量研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(6): 1918-1922.
    [13] 常金勇, 强希文, 胡月宏, 宗飞, 李志朝, 封双连.  激光传输光束抖动效应的数值模拟 . 红外与激光工程, 2015, 44(S1): 46-49.
    [14] 向劲松, 张明杰.  一种空间激光通信中模拟湍流效应的新方法 . 红外与激光工程, 2015, 44(9): 2721-2725.
    [15] 葛琪, 王可东, 张弘, 李桂斌, 邸超.  长曝光大气湍流退化图像点扩散函数估计 . 红外与激光工程, 2014, 43(4): 1327-1331.
    [16] 孙刚, 翁宁泉, 张彩云, 高慧, 吴毅.  基于NOAA模式的典型地区大气湍流高度分布 . 红外与激光工程, 2014, 43(2): 388-393.
    [17] 瞿勇, 张新宇, 桑红石, 谢长生, 季安, 张天序.  红外衍射微光学元件的湍流波前模拟和再现 . 红外与激光工程, 2014, 43(5): 1522-1528.
    [18] 李思雯, 徐超, 刘广荣, 金伟其.  大气湍流模糊图像的高分辨力复原算法 . 红外与激光工程, 2013, 42(12): 3486-3490.
    [19] 向宁静, 吴振森, 王明军.  部分相干高斯-谢尔光束在大气湍流中的展宽与漂移 . 红外与激光工程, 2013, 42(3): 658-662.
    [20] 王志臣, 王斌, 梁晶, 孙继明.  相位差异散斑成像技术验证实验 . 红外与激光工程, 2013, 42(12): 3428-3432.
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-04-24
  • 修回日期:  2016-05-15
  • 刊出日期:  2016-12-25

非Kolmogorov大气湍流随机相位屏模拟

doi: 10.3788/IRLA201645.1211001
    作者简介:

    李玉杰(1990-),女,博士,主要从事激光大气传输数值模拟方面的研究工作。Email:liyjie1017@126.com

    通讯作者: 朱文越(1976-),男,研究员,主要从事大气光学特性、激光大气传输等方面的研究工作。Email:zhuwenyue@aiofm.ac.cn
基金项目:

国家863计划

  • 中图分类号: O439;P401

摘要: 介绍了功率谱法、Zernike多项式法、分形法模拟生成非Kolmogorov湍流相位屏的过程,并利用这三种方法对符合非Kolmogorov统计特征的大气湍流相位屏进行了模拟。将不同方法得到的相位屏的相位结构函数与理论结构函数进行对比,分析了三种相位屏模拟方法的准确性和模拟速度。结果表明:添加次谐波和增加Zernike多项式阶数分别可以弥补功率谱法和Zernike多项式法生成的相位屏低频和高频不足的缺点,但导致模拟效率下降;分形法生成的湍流相位屏高频和低频都较为充足,且模拟效率较高;随着非Kolmogorov湍流谱幂率的增加,功率谱法所需要的次谐波级数增加,Zernike多项式法所需要的Zernike多项式的阶数减少,分形法生成的相位屏的精度更高。

English Abstract

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