李晨蕾

摘 要 基于Kolmogorov等大气湍流模型，考虑到大气湍流引起的强度闪烁、光束漂移、扩展与抖动现象对激光通信系统性能的影响，利用数值模拟法中Zernike多项式法以及功率谱反演法模拟湍流随机相位屏。其中，Zernike多项式法模拟出的相位屏具有比较完备的低频成分，而功率谱反演法的相位屏功率谱中并不包含低频分量，会导致相位在大尺度起伏的情况下产生误差。所以还需要对相位屏进行低频补偿。结果对工程上研究大气湍流空间激光光通信的影响有一定的参考价值。

关键词 空间激光通信 大气湍流 数值模拟法

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A

Research on Numerical Simulation of Atmospheric Turbulence

LI Chenlei

（School of Electronic Information， Wuhan University， Wuhan， Hubei 430079）

Abstract Based on Kolmogorov atmospheric turbulence ，taking into account the intensity of atmospheric turbulence caused by flickering beam drift and jitter affect the expansion of the laser communication system performance， using Zernike polynomials law and power spectral inversion method to simulate turbulent stochastic simulation method phase screen. Which， Zernike polynomial method to simulate the phase screen has a more complete low-frequency components， but the power spectral inversion method does not include the screen frequency power spectrum component will cause a phase error is generated in the case of large scale fluctuations. So it is necessary to screen for low-frequency phase compensation. The results of atmospheric turbulence on space laser communication project on a certain reference value.

Key words space laser communication； atmospheric turbulence； numerical simulation method

0 引言

随着光电技术的发展，激光通信的优势日益突出。激光具有功率高、发散角小且单色性好的显著优点，相较于GPS、雷达引导系统又具有精度高、安全性好等特点，故激光通信越来越广泛地应用于商业、军事领域。由于温度差异、风等原因，大气中的分子、粒子处于不断的运动之中，其组成、湿度、密度等都在不断变化，使得大气常处于湍流状态。激光在传播过程中受这些气候的影响比较严重。大气湍流运动引起光束的强度闪烁、光束漂移、扩展与抖动现象。

为了研究湍流对空间光通信的影响，G.I. Taylor等人对大气信道模型进行了研究，现常见的模型主要为 Kolmogorov湍流模型，Tatarskii湍流模型，Von Karman湍流模型，Hill湍流模型，Andrews湍流模型。本文主要介绍在只Kolmogrov谱下利用Zernike多项式法模拟大气湍流的相位屏以及功率谱反演法模拟湍流随机相位屏。……