上下行傳輸孔徑接收光強起伏特性分析

楊雨川，關小偉，李 巖

（西北核技術研究所，陜西 西安710024）

引言

地星／星地激光傳輸主要應用在空間信號傳輸領域。在激光傳輸過程中，大氣湍流對激光傳輸質量的影響倍受關注［1－3］。雖然大氣通道存在較大的隨機性和復雜性，但結合大氣湍流理論和數值模擬方法，能夠對大氣通道中光信號的典型規律和統計特性進行定量和定性分析。地星激光傳輸屬于上行傳輸，光源在大氣層底，而大氣湍流的作用高度一般在30km范圍內，30km到衛星之間為理想條件下的激光自由傳輸；星地激光傳輸剛好相反為下行傳輸，光源遠離大氣層，光束先經過長距離的自由傳輸后通過大氣層達到地面接收端。由于受到大氣湍流的影響，只有部分激光會進入接收系統，且由于上下行大氣通道中湍流擾動層的位置不同，接收的激光功率信號特性存在較大差異。為了分析上下行激光通道模式的差異對接收光強的影響，本文從大氣湍流理論出發，結合位相屏數值模擬方法，計算了一定尺寸孔徑內接收光強功率與總功率的比值，就模式差異對接收光強的影響進行了討論。

1 數值模擬方法

激光束在大氣介質中傳輸時其位相和振幅均受到大氣湍流的調制，對于這方面的影響，目前普遍采用的研究方法是利用能體現大氣湍流特性的隨機位相屏來近似模擬大氣的湍流效應。位相屏用兩維網格點表示，根據大氣湍流的功率譜密度函數得到大氣擾動的位相分布。……