[发明专利]贝塞尔高斯光束在湍流大气中传输特性的仿真方法及系统

权利要求书

1.一种贝塞尔高斯光束在湍流大气中传输特性仿真方法，包括模拟大气激光通信系统，其中大气激光通信系统包含发射端、接收端及湍流大气信道，发射端发射贝塞尔高斯光束后，贝塞尔高斯光束在湍流大气信道中传输，接收端接收贝塞尔高斯光束，并输出接收的光斑，其特征在于，包含以下步骤：

S1、获取贝塞尔高斯光束的波长λ，贝塞尔函数的阶数n，宽度参数a_B，高斯源的束腰半径α₀及聚焦参数F₀，构建贝塞尔高斯光束模型，发射端发射贝塞尔高斯光束；

S2、根据湍流的折射率结构常数判断湍流强度；当所述湍流为强湍流，当所述湍流为弱湍流；

S3、分别计算强湍流和弱湍流发射端上发射面的光强Is及接收端上的接收面的光强Ir，合成发射面的光斑和接收面的不存在光强起伏的点形成的光斑；

S4、计算对数光强起伏方差：当光强为弱湍流时，根据得到弱湍流的对数光强起伏方差；当光强为强湍流时，根据得到强湍流的对数光强起伏方差；其中k为波数，L为发射端到接收端的传输距离；

S5、根据湍流的对数光强起伏方差，生成对应的服从均值为0，标准差为的对数正态分布的随机数S_rand及T_rand，其中随机数S_rand和T_rand分别表征湍流在空间和时间对光强的影响；

S6、将所述随机数S_rand乘以接收端的接收面上每一点的光强I_r，再将得到的光强乘以随机数T_rand，模拟贝塞尔高斯光束在湍流大气中信道中传输，获得接收面上存在光强起伏的点在每个时刻的接收光强；

S7、根据获得的接收面上存在光强起伏的点在每个时刻的接收光强，合成得到接收面上的光强起伏点形成的光斑，并输出接收面上光强起伏点随时间变化的动态光斑以及输出接收端中光电检测器的输入光功率。

2.根据权利要求1所述一种贝塞尔高斯光束在湍流大气中传输特性仿真方法，其特征在于，步骤S1所述贝塞尔高斯光束模型表达式为：

u_s(s,φ_s)＝J_n(a_Bs)exp(-kαs²)exp(-jnφ_s)，其中(s,φ_s)为极坐标，n为贝塞尔项中J_n的阶数，a_B为宽度参数，k＝2π/λ是波数，λ为波长，α₀为高斯源的束腰半径，F₀为聚焦参数，

3.根据权利要求2所述一种贝塞尔高斯光束在湍流大气中传输特性仿真方法，其特征在于，步骤S3中发射面光强Is表达式为：

其中，为的共轭。

4.根据权利要求2所述一种贝塞尔高斯光束在湍流大气中传输特性仿真方法，其特征在于，步骤S3中接收面光强I_r的计算表达式为：

其中，(r,φ_r)为点在接收面的极坐标，b＝k/(2L)，ρ₀为球面波在湍流大气传播的相干长度，为折射率结构常数。