本文關(guān)鍵詞：激光大氣傳輸理論及其在傅里葉望遠鏡中的應(yīng)用研究

  更多相關(guān)文章： 激光大氣傳輸 傅里葉望遠鏡 平頂高斯光 大氣湍流 閃爍

【摘要】：傅里葉望遠技術(shù)是一種新型主動相干成像技術(shù),它利用大面積接收器接收從目標返回的能量信息,并通過相位閉合技術(shù)消除大氣湍流引起的相位起伏,能對遠距離暗弱目標高分辨率成像。激光大氣傳輸理論是傅里葉望遠鏡的重要基礎(chǔ)理論之一,尤其大氣湍流效應(yīng)嚴重影響傅里葉望遠鏡成像性能。激光的各種光束形態(tài)中,平頂高斯光具有應(yīng)用于傅里葉望遠鏡的潛在優(yōu)勢。它在大氣傳播中不僅展現(xiàn)近場能量均勻、遠場能量集中等優(yōu)點,其受大氣湍流的影響較高斯光束小,且平頂階次越高,受湍流影響越小。針對目前平頂高斯光湍流理論還未完善的情形,本文對平頂高斯光湍流理論進行深入研究。同時,研究大氣湍流效應(yīng)對傅里葉望遠鏡影響與抑制算法,并基于對平頂高斯光的理論及仿真研究,提出將平頂高斯光應(yīng)用于傅里葉望遠鏡系統(tǒng)中的設(shè)想。具體工作如下:1.研究激光大氣湍流傳輸理論。推導出高斯光束通過任意厚度和位置的non-Kolmogorov湍流相位屏的閃爍公式,并與擴展大氣湍流下的閃爍進行等價,得到無量綱比值。利用該比值,提出了一種精確模擬真實大氣湍流閃爍的相位屏方法。2.簡化平頂高斯光大氣傳輸理論模型。借鑒激光大氣傳輸理論分析方法,通過合適的變量變換,建立了簡化的平頂高斯光湍流二階統(tǒng)計矩模型,揭示了平頂高斯光湍流理論與高斯光湍流理論的加權(quán)平均關(guān)系,為平頂高斯光湍流理論的深入研究奠定了基礎(chǔ)。3.完善平頂高斯光在non-Kolmogorov湍流下的閃爍理論。推導出廣義von Kármán功率譜下的軸上閃爍公式,分析了其隨湍流內(nèi)尺度的變化趨勢;建立了平頂高斯光長距離傳輸產(chǎn)生的離軸閃爍模型,研究了其隨離軸距離、功率譜指數(shù)、平頂階次以及入射傳播參數(shù)的變化趨勢,得出平頂高斯光在大的入射參數(shù)0?下存在較小閃爍的結(jié)論。4.分析大氣湍流效應(yīng)對傅里葉望遠鏡成像的影響。從理論、仿真和實驗三個層面研究了不同光強和相位變化下的傅里葉望遠鏡成像,得出時域的光強和相位變化對傅里葉望遠鏡影響較大的結(jié)論。同時,在實驗室內(nèi)使用數(shù)值模擬方法成功模擬了大氣閃爍與相位抖動效應(yīng),驗證了其對傅里葉望遠鏡的影響;分析了不同光束光強不等對成像的影響,并提出了一種抑制其影響的方法。5.分析平頂高斯光在傅里葉望遠鏡的應(yīng)用可行性。對平頂高斯光在真實大氣傳輸中的能量衰減效應(yīng)進行了仿真,并與高斯光束能量衰減進行了對比,得出平頂高斯光具有較大能量集中優(yōu)勢;分析了平頂高斯光在傅里葉望遠鏡中應(yīng)用前景。本文系統(tǒng)研究了激光大氣傳輸理論、激光大氣傳輸效應(yīng)對傅里葉望遠鏡的影響和相應(yīng)的抑制方法。所建立的平頂高斯光傳輸模型,極大地降低了平頂高斯光的理論研究難度,豐富和發(fā)展了平頂高斯光傳輸理論。同時,文中對傅里葉望遠鏡大氣湍流影響效應(yīng)的分析與抑制方法研究,為傅里葉望遠鏡系統(tǒng)的發(fā)展提供理論依據(jù),并有助于進一步提高傅里葉望遠鏡成像質(zhì)量。
【關(guān)鍵詞】：激光大氣傳輸 傅里葉望遠鏡 平頂高斯光 大氣湍流 閃爍
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(西安光學精密機械研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH743
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第1章 緒論13-23
• 1.1 激光大氣傳輸理論發(fā)展簡介13-14
• 1.2 平頂光大氣傳輸理論發(fā)展概述14-16
• 1.3 傅里葉望遠鏡系統(tǒng)研究概況16-21
• 1.4 論文研究的意義與內(nèi)容21-23
• 第2章 激光大氣傳輸理論分析23-49
• 2.1 引言23
• 2.2 大氣湍流理論簡介23-30
• 2.2.1 Kolmogorov湍流理論25-27
• 2.2.2 湍流功率譜模型27-30
• 2.3 高斯光波自由空間傳輸理論30-32
• 2.4 高斯光波湍流傳輸經(jīng)典理論32-41
• 2.4.1 Born近似方法33-34
• 2.4.2 Rytov近似方法34-39
• 2.4.3 Rytov方差39-41
• 2.5 相位屏精確模擬方法的提出41-47
• 2.5.1 大氣湍流相位屏仿真41-43
• 2.5.2 任意厚度相位屏的Rytov方差模型建立43-44
• 2.5.3 任意厚度相位屏的閃爍模型建立44-45
• 2.5.4 Rytov方差修正與分析45-47
• 2.6 小結(jié)47-49
• 第3章 平頂高斯光大氣湍流傳輸理論研究49-79
• 3.1 引言49
• 3.2 平頂光的產(chǎn)生方法49-51
• 3.3 平頂光模型簡介51-54
• 3.4 平頂光自由空間傳播特性分析54-56
• 3.5 平頂光湍流傳播理論模型簡化與完善56-76
• 3.5.1 二階統(tǒng)計矩模型簡化56-61
• 3.5.2 平頂光閃爍模型完善61-72
• 3.5.3 平頂光光斑尺寸與漂移模型建立72-76
• 3.6 小結(jié)76-79
• 第4章 激光大氣傳輸效應(yīng)對傅里葉望遠鏡的影響研究79-121
• 4.1 引言79-80
• 4.2 傅里葉望遠鏡系統(tǒng)基本原理概述80-82
• 4.3 傅里葉望遠鏡系統(tǒng)湍流理論分析82-88
• 4.4 成像質(zhì)量的評價88-89
• 4.5 三光束傅里葉望遠鏡系統(tǒng)簡介89-90
• 4.6 大氣湍流對傅里葉望遠鏡影響仿真分析90-102
• 4.6.1 光束光強變化影響分析與抑制方法的提出90-98
• 4.6.2 光束相位變化影響研究98-102
• 4.7 傅里葉望遠鏡大氣湍流模擬實驗研究102-110
• 4.7.1 閃爍模擬實驗設(shè)計與結(jié)果分析103-107
• 4.7.2 相位抖動模擬實驗與結(jié)果分析107-110
• 4.8 傅里葉望遠鏡外場實驗與湍流抑制算法驗證110-115
• 4.8.1 外場大氣湍流測量實驗111-113
• 4.8.2 外場湍流影響分析與校正113-115
• 4.9 平頂光應(yīng)用于傅里葉望遠鏡系統(tǒng)的可行性分析115-120
• 4.9.1 平頂光在真實大氣傳播的能量仿真分析115-119
• 4.9.2 平頂光在傅里葉望遠鏡中應(yīng)用前景119-120
• 4.10 小結(jié)120-121
• 第5章 總結(jié)與展望121-125
• 5.1 研究工作總結(jié)121-122
• 5.2 工作展望122-125
• 參考文獻125-135
• 作者簡介及在學期間發(fā)表的學術(shù)論文與研究成果135

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本文編號：714705