一种对大气光学湍流效应的模拟方法及系统

1.本技术属于大气光学技术领域，具体涉及一种对大气光学湍流效应的模拟方法及系统。


背景技术：

2.当激光在大气中传输时，大气温度和气压的随机起伏通常会导致大气折射率的随机起伏，最终使激光在传输过程中产生波前畸变，即湍流效应。大气湍流是一种非均匀无序介质，大气湍流的存在不可避免的会对光波在大气中的传播产生一定影响。由于大气湍流的运动状态是无规则的或者随机变化的，导致激光传输质量发生衰减，从而造成漂移，扩展，闪烁等一系列变化。经过大气的光波的幅度和相位等相关参数都会呈现随机起伏的现象，制约了大气光通信的发展，因此对于激光在大气湍流中的传输有必要展开针对性的研究，进一步分析大气湍流对激光传输的影响因素。
3.针对上述大气湍流模拟的研究工作，目前国内外主要分为采用外场搭建实验、利用气体或液体模拟、基于微加工技术的相位屏模拟、利用液晶空间光调制器(lc-slm)模拟四种方法。采用外场搭建实验由于大气光学特殊的情况,导致实验不但费时费力、成本非常高,还由于实验条件难以重复确认,使得实验数据采集难度也非常大,故此方法没有被广泛采用。利用气体或液体来模拟大气湍流的方法原理是利用气体或液体本身对流特性来实现模拟,此方法优点在于原理简单，缺点在于重复性较差、散热困难、强度难以控制。第三种方法是基于微加工技术的相位屏来模拟大气湍流,此方法将湍流的相位畸变刻蚀在玻璃基板上,然后通过旋转相位屏来模拟大气湍流,其缺点是旋转波面具有周期性、相位变化固定、模拟效果不佳。
4.近年来，由于液晶空间光调制器具有成本低、动态可调制、可编程驱动等优点,使其成为湍流模拟器将来技术发展趋势之一。国内外已有多家机构都展开了这方面的研究工作,并取得了一定的成果,成功利用液晶空间光调制器模拟了大气湍流。但是这些方法只采用lc-slm对相位屏进行仿真模拟，由于液晶空间光调制器的个数有限，缺少对于幅度起伏变化的仿真模拟，仿真出的湍流真实性较为缺乏。


技术实现要素：

5.本技术旨在解决现有技术的不足，提出一种对大气光学湍流效应的模拟方法及系统，采用幅度屏和相位屏联合的方法模拟湍流，通过相位和幅度复合调制的方法，更加真实有效且确切的模拟大气湍流的情况。
6.为实现上述目的，本技术提供了如下方案：
7.一种对大气光学湍流效应的模拟方法，包括以下步骤：光束幅度的模拟调制和光束相位的模拟调制。
8.优选的，所述光束幅度的模拟调制的方法包括：
9.基于大气特征参数得到光波时域波形；
10.将所述光波时域波形输入至任意波形发生器中转化为第一电信号；
11.将所述第一电信号输入至电光调制器驱动器中，以驱动电光调制器；
12.所述电光调制器对于所述电信号进行调制，得到功率信号衰减曲线，完成所述光束幅度的模拟调制。
13.优选的，得到所述光波时域波形的方法包括：
14.基于对数正态概率密度分布和gamma-gamma概率密度分布对所述大气特征参数进行处理，生成时域相关波形；
15.基于所述时域相关波形，利用随机微分方法生成所述光束时域波形。
16.优选的，所述光束相位的模拟调制的方法包括：
17.进行高速随机相位屏的生成；
18.将所述高速随机相位屏按照映射关系进行转换，得到调制图灰度信息；
19.将所述调制图灰度信息转化为第二电信号，并将所述第二电信号输入至液晶空间光调制器中，完成所述光束相位的模拟调制。
20.优选的，所述高速随机相位屏的生成的方法包括：
21.生成高速随机相位屏母屏；
22.基于所述高速随机相位屏母屏，生成高速随机相位屏子屏。
23.优选的，所述高速随机相位屏母屏的生成方法包括：
24.基于greenwood频率计算大气相干长度；
25.基于所述大气相干长度计算结构函数；
26.将所述结构函数作为约束条件，生成所述高速随机相位屏母屏。
27.优选的，所述高速随机相位屏子屏的生成方法包括：
28.在所述高速随机相位屏母屏中生成一个连续随机曲线；
29.以所述连续随机曲线上的点作为质心取若干子屏；
30.按照所述连续随机曲线的走向生成所述高速随机相位屏子屏。
31.本技术还提供了一种对大气光学湍流效应的模拟系统，包括：光束幅度模拟调制模块和光束相位模拟调制模块；
32.所述光束幅度模拟调制模块的工作流程包括：基于大气特征参数得到光波时域波形；将所述光波时域波形输入至任意波形发生器中转化为第一电信号；将所述第一电信号输入至电光调制器驱动器中，以驱动电光调制器；所述电光调制器对于所述电信号进行调制，得到功率信号衰减曲线，完成所述光束幅度的模拟调制；
33.所述光束相位模拟调制模块的工作流程包括：进行高速随机相位屏的生成；将所述高速随机相位屏按照映射关系进行转换，得到调制图灰度信息；将所述调制图灰度信息转化为第二电信号，并将所述第二电信号输入至液晶空间光调制器中，完成所述光束相位的模拟调制。
34.与现有技术相比，本技术的有益效果为：
35.本技术通过采用相位和幅度复合调制的方法，更加真实有效且确切的模拟大气湍流的情况，具有可重复性，可控制性，方便灵活等优点。便于更加准确的研究大气湍流对激光通信的影响，优化激光通信的质量，进一步更加深入的研究激光通信，为激光通信的磅礴发展提供了先验条件，为航空及通信等领域的进步提供了基础。
附图说明
36.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1为本技术实施例的方法流程示意图；
38.图2为本技术实施例的光束幅度的模拟调制示意图；
39.图3为本技术实施例的高速随机相位屏母屏的生成方法流程示意图；
40.图4为本技术实施例的高速随机相位屏子屏的生成方法流程示意图；
41.图5为本技术实施例的子屏生成示意图；
42.图6为本技术实施例的液晶空间光调制器的工作流程示意图；
43.图7为本技术实施例的详细流程示意图；
44.图8为本技术实施例的系统结构示意图。
具体实施方式
45.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
46.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。
47.实施例一
48.在本实施例一中，如图1所示，一种对大气光学湍流效应的模拟方法，包括以下步骤：光束幅度的模拟调制和光束相位的模拟调制。
49.光束幅度的模拟调制的方法如图2所示，包括：基于大气特征参数得到光波时域波形；将光波时域波形输入至任意波形发生器中转化为第一电信号；将第一电信号输入至电光调制器驱动器中，以驱动电光调制器；电光调制器对于电信号进行调制，得到功率信号衰减曲线，完成光束幅度的模拟调制。
50.得到光波时域波形的方法包括：基于对数正态概率密度分布和gamma-gamma概率密度分布对大气特征参数进行处理，生成时域相关波形；基于时域相关波形，利用随机微分方法生成光束时域波形。
51.在本实施例中，用对数正态概率密度分布和gamma-gamma概率密度分布生成时域相关波形去描绘光束大气传输系统的信号幅度所受的影响，当大气特征参数大气结构常数c
n2
小于等于1
×
10-16
m-2/3
采用对数正态模型，其拟合如公式(1)所示：
52.53.上式中i表示光强，σi(r，l)表示闪烁因子，《i》表示点接收的平均光强，表示归一化光强。当大气特征参数大气结构常数c
n2
大于1
×
10-16
m-2/3
采用gamma-gamma模型，其拟合如公式(2)所示：
[0054][0055]kv
(
·
)为第二类贝塞尔(bessel)函数。其中α和β是关于rytov方差的函数，可有大气特征参数大气结构常数c
n2
和链路距离l确定。并利用随机微分方法(sdes)基于光波时域波形进一步生成模型，随机微分方法如公式(3)所示：
[0056][0057][0058][0059]
其中，ρ＝i/max(i)，max()表示最大值。q3(t)表示高斯白噪声，fg表示光束传输信道的greenwood频率。greenwood频率的测量采用位相插值法，位相插值法是通过计算比邻的两个波前面间相位的差值来得到greenwood频率，其相差均方值与greenwood频率fg的关系如公式(6)所示：
[0060][0061]
其中，描述两个波面之间的相位差值的均方差，是一个相位结构函数。随后进行去噪分析后的如公式(7)所示：
[0062][0063]
greenwood频率是由式(7)带入式(6)计算得到的。其中，n
φ
是波面重构相位点数，g是哈特曼探测器测量的斜率矩阵，ng是测量斜率数，a为几何矩阵，trance是矩阵的迹。故模型与光强和greenwood频率的归一化波动方差有关。
[0064]
由于公式(3)为时变函数，将其变形为公式(8)：
[0065][0066]
公式(8)是用数值方程难以表示的解析式，故采用implicit milstein原理近似获得公式(9)，再化简得公式(10)：
[0067][0068][0069]
针对公式(10)采用服从高斯白噪声分布的随机数表征扰动，进而模拟大气湍流造成的随机噪声影响。首先任意给定一个初值ρ0，然后进行迭代，计算出ρ1，ρ2，...ρk，ρ
k+1
，...，记为序列ρ{δ，γ，fg；t)}。其中，生成的ρ{δ，γ，fg；t)}是与大气特征频率greenwood频率fg相关的。通过公式(10)进行仿真，验证了生成的序列的时域波形、概率分布和频率特征均符合光束在大气传输过程中的特征。
[0070]
在本实施例中，通过大气光束传输特征程序输出光功率信号序列，随后闪存至任意波形发生器(awg)，awg将输入的数字信号转化为电信号；将awg输出的信号上传到双驱动推挽式马赫曾德尔调制器(dd-mzm)。dd-mzm可实现低电压驱动，其具备啁啾可调特性，为了驱动电光调制器，通过模拟的输出被输入(通过一个自动程序)到电光调制器中，以产生可重复的衰减曲线。以此完成光束幅度的模拟调制。
[0071]
光束相位的模拟调制的方法包括：进行高速随机相位屏的生成；将高速随机相位屏按照映射关系进行转换，得到调制图灰度信息；将调制图灰度信息转化为第二电信号，并将第二电信号输入至液晶空间光调制器中，完成光束相位的模拟调制。
[0072]
高速随机相位屏的生成的方法包括：生成高速随机相位屏母屏；基于高速随机相位屏母屏，生成高速随机相位屏子屏。其中，高速随机相位屏母屏的生成方法包括：基于greenwood频率计算大气相干长度；基于大气相干长度计算结构函数；将结构函数作为约束条件，生成高速随机相位屏母屏。高速随机相位屏子屏的生成方法包括：在高速随机相位屏母屏中生成一个连续随机曲线；以连续随机曲线上的点作为质心取若干子屏；按照连续随机曲线的走向生成高速随机相位屏子屏。
[0073]
在本实施例中，如图3所示，高速随机相位屏母屏的生成方法具体包括：在计算机上编写高速随机相位屏母屏生成算法，首先根据greenwood频率与相干长度的关系求得大气相干长度r0：
[0074][0075]
其中v(z)为风速的高度分布。随后再根据大气相干长度r0生成随机相位屏。由大气相干长度r0求得结构函数：
[0076][0077]
以结构函数作为约束条件生成大气湍流相位屏。相位的功率谱密度为：
[0078][0079]
其中，κ0＝κ＝κ
l
，且κ0＝2π/l0，κ
l
＝2π/l0，κm＝5.92/l0，l0为外尺度，l0为内尺度，用式(13)生成大气湍流相位屏的随机图案。
[0080]
在本实施例中，如图4所示，高速随机相位屏子屏的生成方法具体包括：用上述母屏方法生成一个较大的相位屏并把该相位屏作为母屏；生成一个连续随机曲线；在母屏上分别随着连续随机曲线取若干个小的子屏，其子屏的质心在连续随机曲线上；连续随机曲线的走向定为子屏取的先后顺序。
[0081]
为了更好的模拟大气湍流对光束产生的影响，本实施例采用连续的动态的相位屏。首先随机产生a、b、c、d四个自然数，然后带入三阶贝塞尔函数p(t)＝a.(1-t)3+b.3(1-t)2t+c.3(1-t)t2+d.t3,t＝0...1作为随机曲线。随后在生成的一个大的相位屏上(如5120
×
5120)，依据greenwood频率在所产生的随机曲线上以(x，y)作为每个小的相位屏的质心取对应个数的512
×
512的子屏，所取的第一个相位屏和最后一个相位屏的相关性为1/e，而s(n+1)相位屏和s(n)的相关性则低于1/e。连续随机曲线的走向定为子屏取的先后顺序，实现动态湍流。
[0082]
如图5所示，假设生成的第一个子相位屏的质心为o1(x1,y1)，最后一个子相位屏的质心为on(xn,yn),两者的间距在随机曲线的长度为：
[0083]
l＝σ|oi(xi，yi)-o
i+1
(x
i+1
，y
i+1
)|
ꢀꢀꢀ
(14)
[0084]
其移动频率根据greenwood频率设为fg，其可以得到移动速度v＝l/fg。
[0085]
在本实施例中，当母屏和子屏均生成完毕后，采用液晶空间光调制器(lc-slm)进行光束相位调制，lc-slm是一种不调制振幅而只改变空间光相位的纯相位空间光调制器。lc-slm依据所设置光场的相位分布，在调制器两端加载期望相位所对应的调制信号，达到对入射光束的波前相位的自定义调制变化，在远场实现获得所设置相位分部的光场。
[0086]
如图6所示，使用lc-slm调制激光波阵面，用其模拟由于大气湍流的影响而导致的激光束波前产生相位畸变的现象。将模拟的相位屏依据0-255级灰度与0-2π的相位调制量的映射关系进行转换，在转换前为了符合lc-slm的调制范围，需对模拟的相位函数进行mod[(mod(x，2*pi)+2pi)，2*pi]./(2*pi)*255转换，随后再把转换好的调制图的灰度信息转换为电信号加载在lc-slm上，从而改变lc-slm的折射率，进而使出射光波之间有了一定的相位差，实现光束的相位调制。
[0087]
综上，如图7所示，通过计算机输出光功率信号序列，随后闪存至任意波形发生器(awg)，awg将输入的数字信号转化为电信号；将awg输出的信号上传到双驱动推挽式马赫曾德尔调制器(dd-mzm)。dd-mzm可实现低电压驱动，其具备啁啾可调特性，为了驱动电光调制器，通过模拟的输出被输入(通过一个自动程序)到电光调制器中，以产生可重复的衰减曲线，以此完成光束幅度的模拟调制；通过计算机完成高速随机相位屏生成，将模拟的相位屏依据映射关系进行转换以符合液晶空间光调制器(lc-slm)的调制范围，把转换好的调制图的灰度信息转换为电信号加载在lc-slm，完成光束的相位调制；激光发生器产生光束作为探测模拟光束；将获得的探测模拟光束进入双驱动推挽式马赫曾德尔调制器(dd-mzm)，进行模拟大气湍流激光传输幅度变化；光束进行幅度调制后，经过准直系统获得扩束的准直
光束，维持激光谐振腔和聚焦光学元件之间的光束的准直性；扩束的准直光束经过光阑被限制光束直径；被限制直径的光束经过线偏振片，光波正交偏振分量之一被线偏振片强烈吸收，而对另一分量则吸收较弱，透过的光波过滤为线偏振光；上一步获得的线偏振光经过分光棱镜，改变光的进行方向，从而便于调整其成像位置；液晶空间光调制器接收经过分光棱镜的光束，经lc-slm调制后光束波前发生畸变，畸变的光束反射到分光棱镜形成回波光束，回波光束经过分光棱镜发生反射；反射过的光束经过透镜变成像方远心的光束，聚焦在探测器上，获得模拟光束经大气湍流的最终成像，并利用相机进行监测。
[0088]
由此完成基于幅度和相位时空域复合随机的大气光学湍流效应的模拟。
[0089]
实施例二
[0090]
在本实施例二中，如图8所示，一种对大气光学湍流效应的模拟系统，包括：光束幅度模拟调制模块和光束相位模拟调制模块。
[0091]
光束幅度模拟调制模块的工作流程包括：基于大气特征参数得到光波时域波形；将光波时域波形输入至任意波形发生器中转化为第一电信号；将第一电信号输入至电光调制器驱动器中，以驱动电光调制器；电光调制器对于电信号进行调制，得到功率信号衰减曲线，完成光束幅度的模拟调制。
[0092]
得到光波时域波形的方法包括：基于对数正态概率密度分布和gamma-gamma概率密度分布对大气特征参数进行处理，生成时域相关波形；基于时域相关波形，利用随机微分方法生成光束时域波形。
[0093]
在本实施例中，用对数正态概率密度分布和gamma-gamma概率密度分布生成时域相关波形去描绘光束大气传输系统的信道状态，当大气特征参数大气结构常数c
n2
小于等于1
×
10-16
m-2/3
采用对数正态模型，其拟合如公式(15)所示：
[0094][0095]
上式中i表示光强，σ
l
(r，l)表示闪烁因子，《i》表示点接收的平均光强，表示归一化光强，当大气特征参数大气结构常数c
n2
大于1
×
10-16
m-2/3
采用gamma-gamma模型，其拟合如公式(16)所示：
[0096][0097]kv
(
·
)为第二类贝塞尔(bessel)函数。其中α和β是关于rytov方差的函数，可有大气特征参数大气结构常数c
n2
和链路距离l确定。并利用随机微分方法(sdes)基于光波时域波形进一步生成模型，随机微分方法如公式(17)所示：
[0098][0099][0100][0101]
其中，ρ＝i/max(i)，max()表示最大值。q3(t)表示高斯白噪声，fg表示光束传输信道的greenwood频率。greenwood频率的测量采用位相插值法，位相插值法是通过计算比邻的两个波前面间相位的差值来得到greenwood频率，其相差均方值与greenwood频率fg的关系如公式(20)所示：
[0102][0103]
其中，描述两个波面之间的相位差值的均方差，是一个相位结构函数。随后进行去噪分析后的如公式(21)所示：
[0104][0105]
greenwood频率是由式(21)带入式(20)计算得到的。其中，n
φ
是波面重构相位点数，g是哈特曼探测器测量的斜率矩阵，ng是测量斜率数，a为几何矩阵，trance是矩阵的迹。故模型与光强和greenwood频率的归一化波动方差有关。
[0106]
由于公式(17)为时变函数，将其变形为公式(22)：
[0107][0108]
公式(22)是用数值方程难以表示的解析式，故采用implicit milstein原理近似获得公式(23)，再化简得公式(24)：
[0109][0110][0111]
针对公式(24)采用服从高斯白噪声分布的随机数表征扰动，进而模拟大气湍流造成的随机噪声影响。首先任意给定一个初值ρ0，然后进行迭代，计算出ρ1，ρ2，...ρk，ρ
k+1
，...，记为序列ρ{δ，γ，fg；t)}。其中，生成的ρ{δ，γ，fg；t)}是与大气特征频率greenwood频率fg相关的。通过公式(24)进行仿真，验证了生成的序列的时域波形、概率分布和频率特征均符合光束在大气传输过程中的特征。
[0112]
在本实施例中，通过大气光束传输特征程序输出光功率信号序列，随后闪存至任意波形发生器(awg)，awg将输入的数字信号转化为电信号；将awg输出的信号上传到双驱动推挽式马赫曾德尔调制器(dd-mzm)。dd-mzm可实现低电压驱动，其具备啁啾可调特性，为了
驱动电光调制器，通过模拟的输出被输入(通过一个自动程序)到电光调制器中，以产生可重复的衰减曲线。以此完成光束幅度的模拟调制。
[0113]
光束相位模拟调制模块的工作流程包括：进行高速随机相位屏的生成；将高速随机相位屏按照映射关系进行转换，得到调制图灰度信息；将调制图灰度信息转化为第二电信号，并将第二电信号输入至液晶空间光调制器中，完成光束相位的模拟调制。
[0114]
高速随机相位屏的生成的方法包括：生成高速随机相位屏母屏；基于高速随机相位屏母屏，生成高速随机相位屏子屏。其中，高速随机相位屏母屏的生成方法包括：基于greenwood频率计算大气相干长度；基于大气相干长度计算结构函数；将结构函数作为约束条件，生成高速随机相位屏母屏。高速随机相位屏子屏的生成方法包括：在高速随机相位屏母屏中生成一个连续随机曲线；以连续随机曲线上的点作为质心取若干子屏；按照连续随机曲线的走向生成高速随机相位屏子屏。
[0115]
在本实施例中，高速随机相位屏母屏的生成方法具体包括：在计算机上编写高速随机相位屏母屏生成算法，首先根据greenwood频率与相干长度的关系求得大气相干长度r0：
[0116][0117]
其中v(z)为风速的高度分布。随后再根据大气相干长度r0生成随机相位屏。由大气相干长度r0求得结构函数：
[0118][0119]
以结构函数作为约束条件生成大气湍流相位屏。相位的功率谱密度为：
[0120][0121]
其中，κ0＝κ＝κ
l
，且κ0＝2π/l0，κ
l
＝2π/l0，κm＝5.92/l0，l0为外尺度，l0为内尺度，用式(27)生成大气湍流相位屏的随机图案。
[0122]
在本实施例中，高速随机相位屏子屏的生成方法具体包括：用上述母屏方法生成一个较大的相位屏并把该相位屏作为母屏；生成一个连续随机曲线；在母屏上分别随着连续随机曲线取若干个小的子屏，其子屏的质心在连续随机曲线上；连续随机曲线的走向定为子屏取的先后顺序。
[0123]
为了更好的模拟大气湍流对光束产生的影响，本实施例采用连续的动态的相位屏。首先随机产生a、b、c、d四个自然数，然后带入三阶贝塞尔函数p(t)＝a.(1-t)3+b.3(1-t)2t+c.3(1-t)t2+d.t3,t＝0...1作为随机曲线。随后在生成的一个大的相位屏上(如5120
×
5120)，依据greenwood频率在所产生的随机曲线上以(x，y)作为每个小的相位屏的质心取对应个数的512
×
512的子屏，所取的第一个相位屏和最后一个相位屏的相关性为1/e，而s(n+1)相位屏和s(n)的相关性则低于1/e。连续随机曲线的走向定为子屏取的先后顺序，实
现动态湍流。
[0124]
假设生成的第一个子相位屏的质心为o1(x1,y1)，最后一个子相位屏的质心为on(xn,yn),两者的间距在随机曲线的长度为：
[0125]
l＝∑|oi(xi，yi)-o
i+1
(x
i+1
，y
i+1
)|
ꢀꢀꢀ
(28)
[0126]
其移动频率根据greenwood频率设为fg，其可以得到移动速度v＝l/fg。
[0127]
在本实施例中，当母屏和子屏均生成完毕后，采用液晶空间光调制器(lc-slm)进行光束相位调制，lc-slm是一种不调制振幅而只改变空间光相位的纯相位空间光调制器。lc-slm依据所设置光场的相位分布，在调制器两端加载期望相位所对应的调制信号，达到对入射光束的波前相位的自定义调制变化，在远场实现获得所设置相位分部的光场。
[0128]
使用lc-slm调制激光波阵面，用其模拟由于大气湍流的影响而导致的激光束波前产生相位畸变的现象。将模拟的相位屏依据0-255级灰度与0-2π的相位调制量的映射关系进行转换，在转换前为了符合lc-slm的调制范围，需对模拟的相位函数进行mod[(mod(x，2*pi)+2*pi)，2*pi]./(2*pi)*255转换，随后再把转换好的调制图的灰度信息转换为电信号加载在lc-slm上，从而改变lc-slm的折射率，进而使出射光波之间有了一定的相位差，实现光束的相位调制。
[0129]
由此完成基于幅度和相位时空域复合随机的大气光学湍流效应的模拟。
[0130]
以上所述的实施例仅是对本技术优选方式进行的描述，并非对本技术的范围进行限定，在不脱离本技术设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本技术的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本技术权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种对大气光学湍流效应的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：光束幅度的模拟调制和光束相位的模拟调制。2.根据权利要求1所述一种对大气光学湍流效应的模拟方法，其特征在于，所述光束幅度的模拟调制的方法包括：基于大气特征参数得到光波时域波形；将所述光波时域波形输入至任意波形发生器中转化为第一电信号；将所述第一电信号输入至电光调制器驱动器中，以驱动电光调制器；所述电光调制器对于所述电信号进行调制，得到功率信号衰减曲线，完成所述光束幅度的模拟调制。3.根据权利要求2所述一种对大气光学湍流效应的模拟方法，其特征在于，得到所述光波时域波形的方法包括：基于对数正态概率密度分布和gamma-gamma概率密度分布对所述大气特征参数进行处理，生成时域相关波形；基于所述时域相关波形，利用随机微分方法生成所述光束时域波形。4.根据权利要求1所述一种对大气光学湍流效应的模拟方法，其特征在于，所述光束相位的模拟调制的方法包括：进行高速随机相位屏的生成；将所述高速随机相位屏按照映射关系进行转换，得到调制图灰度信息；将所述调制图灰度信息转化为第二电信号，并将所述第二电信号输入至液晶空间光调制器中，完成所述光束相位的模拟调制。5.根据权利要求4所述一种对大气光学湍流效应的模拟方法，其特征在于，所述高速随机相位屏的生成的方法包括：生成高速随机相位屏母屏；基于所述高速随机相位屏母屏，生成高速随机相位屏子屏。6.根据权利要求5所述一种对大气光学湍流效应的模拟方法，其特征在于，所述高速随机相位屏母屏的生成方法包括：基于greenwood频率计算大气相干长度；基于所述大气相干长度计算结构函数；将所述结构函数作为约束条件，生成所述高速随机相位屏母屏。7.根据权利要求5所述一种对大气光学湍流效应的模拟方法，其特征在于，所述高速随机相位屏子屏的生成方法包括：在所述高速随机相位屏母屏中生成一个连续随机曲线；以所述连续随机曲线上的点作为质心取若干子屏；按照所述连续随机曲线的走向生成所述高速随机相位屏子屏。8.一种对大气光学湍流效应的模拟系统，其特征在于，包括：光束幅度模拟调制模块和光束相位模拟调制模块；所述光束幅度模拟调制模块的工作流程包括：基于大气特征参数得到光波时域波形；将所述光波时域波形输入至任意波形发生器中转化为第一电信号；将所述第一电信号输入至电光调制器驱动器中，以驱动电光调制器；所述电光调制器对于所述电信号进行调制，得
到功率信号衰减曲线，完成所述光束幅度的模拟调制；所述光束相位模拟调制模块的工作流程包括：进行高速随机相位屏的生成；将所述高速随机相位屏按照映射关系进行转换，得到调制图灰度信息；将所述调制图灰度信息转化为第二电信号，并将所述第二电信号输入至液晶空间光调制器中，完成所述光束相位的模拟调制。

技术总结
本申请公开了一种对大气光学湍流效应的模拟方法及系统，其方法包括：光束幅度的模拟调制和光束相位的模拟调制。光束幅度的模拟调制的方法包括：基于大气特征参数得到光波时域波形；将光波时域波形输入至任意波形发生器中转化为第一电信号；将第一电信号输入至电光调制器驱动器中，以驱动电光调制器；电光调制器对于电信号进行调制，得到功率信号衰减曲线，完成光束幅度的模拟调制。光束相位的模拟调制的方法包括：进行高速随机相位屏的生成；将高速随机相位屏按照映射关系进行转换，得到调制图灰度信息；将调制图灰度信息转化为第二电信号，并将第二电信号输入至液晶空间光调制器中，完成光束相位的模拟调制。完成光束相位的模拟调制。完成光束相位的模拟调制。


技术研发人员：姚海峰 赵建彤 杨亚欣 郝群 曹杰
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：2023.04.13
技术公布日：2023/7/13