三 执行湍流仿真
基本参数设置:
光场条件;波长wvl,源平面的光场U
传播几何结构:观察面孔径尺寸D2,传播距离Dz
湍流条件:大气折射率结构常数C
1. 准备工作
确定传播几何结构
(程序:source_turbulence_receive_parameters.m)
已知:观察面孔径尺寸D2、波长wvl、传播距离Dz
计算:观察平面感兴趣区域的直径为DROI=4*D2;点光源中心波瓣D1=wvl*Dz/DROI;波前曲率半径R=Dz
计算湍流条件
(程序:source_turbulence_receive_parameters.m)
已知:大气折射率结构常数C,波长wvl,传播距离Dz
计算:大气相干直径r0,对数幅度方差σ
方法一——公式计算:公式(9.43)和(9.64)
方法二——分层大气模型计算:利用(9.75)的方法,得到n层相位屏中每层的大气相干直径r0scrn
分析采样限制
(程序:analysis_pt_source_atmos_samp.m)
已知:显示模型对湍流灵敏度的调整参数c,点光源中心波瓣D1,观察面孔径尺寸D2,波长wvl,传播距离Dz,大气相干直径r0
计算:源平面和观察平面的网格间隔delta1和deltan,网格点数目N,传播平面数n(分步传播频数为n-1)
(1)根据约束条件(9.86)和(9.88)得到源平面和观察平面的网格间隔delta1和deltan的取值范围
(2)根据上述步骤(1)和约束条件(9.87)得到必须的最小网格点数目N的取值范围
(3)由上述步骤(1)(2)得到delta1、deltan、N后,根据(9.89)计算允许的最大传播距离ΔZ,利用(9.90)计算对应的分步传播频数n-1。
2. 执行湍流仿真
(程序:example_pt_source_turbulence_Prop.m)
已知:
传播几何结构:波长wvl、传播距离Dz、观察面孔径尺寸D2==>点光源中心波瓣D1、波前曲率半径R
采样参数:源平面和观察平面的网格间隔delta1和deltan,网格点数目N,传播平面数n==>
r1(x1,y1),
z = (1 : n-1) * Dz / (n-1);
zt=[0 z]
alpha = zt / zt(n);
delta = (1-alpha) * delta1 + alpha * deltan;
光源场:源平面的光场U(r1(x1,y1))=Uin(wvl,R,r1,D1),
信道:(1) n层相位屏中每层的大气相干直径r0scrn(C,wvl,Dz ),外湍流尺度L0,内湍流尺度l0==>采用分谐波强化的FT相位屏生成法([phz_lo phz_hi] = ft_sh_phase_screen(r0scrn, N, delta, L0, l0))==》n个相位屏的相位phz=phz_lo +phz_hi
(2) n个相位屏的衰减矩阵(在真空中传播时采用公式(8.1)提供的超高斯衰减函数作为衰减因子)sg(r1,N,delta1)
(3) ==>n个相位屏为:t=sg.*exp(i*phz)
计算:点源在大气湍流中传输距离Dz后的观察面上任一点(xn,yn)处光场Uout
采用分步传播中的角谱方法(function [xn yn Uout] = ang_spec_multi_prop ...(Uin, wvl, delta1, deltan, z, t))