基于分形的大气湍流模拟器的研究

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1、万方数据声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：I豳鲴扛日期：砂1牛，6．Io关于学位论文使用权的说明本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为

2、目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容(保密学位论文在解密后遵守此规定)。导师签名：够之修万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文基于分形的大气湍流模拟器的研究摘要fDillJlllllllllllIIllIJIIHIrllllIY2693513当光波在大气中传输时，由于湍流扰动的影响，光波的振幅和相位发生变化，从而产生波面畸变等一系列大气湍流效应。正是由于这些湍流效应的影响，其光束质量会被极大地恶化，因而研究激光大气传输过程中湍流效应具有重要的理论和实践意义。研究大气湍流模拟器除了用实验和理论分析的方法，数值模拟也是研究大气湍流问题的

3、有效方法。本文以经典的Kolmogorov大气湍流统计理论为指导，基于分形理论，建立了大气湍流随机相位屏的分形模型，并使用随机中点位移算法两种不同循环顺序模拟仿真大气湍流随机相位屏，对模拟结果进行统计分析，并与结构函数理论值对比，得到符合Kolmogorov统计规律的大气湍流相位分布。第一种循环顺序的模拟精度高于第二种。但是第一种模拟的湍流相位屏的相位分布不平滑，点与点之间出现跳变。因此采用第二种循环顺序，分析了分形法模拟大气湍流相位屏的性能。结果表明：分形模拟仿真的大气湍流随机相位屏在统计上与Kolmogorov大气湍流统计理论值基本吻合，从低频、中频到高频部分

4、，由于分形迭代次数的增加，误差累加，相位屏的模拟误差增大；随着相位屏采样点数量的增加，相位屏的模拟精度降低，同时所需要模拟的相位屏数量增加；随着相位屏数量的增加，不同强度的大气湍流相位屏模拟精度趋于相似。万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文由于随机中点位移算法，新增加点的相位值不能保证与已有点的相关性，本文提出用改进的随机中点继承增加(CSRA)算法模拟仿真大气湍流相位屏。为了模拟动态大气湍流模拟系统，介绍了协方差外推的方法生成无限长湍流相位屏，并用随机中点位移算法生成矩形湍流相位屏。最后，介绍了液晶空间光调制器的光电特性以及相位调制原理，并且基于C++语言实现

5、静态和动态大气湍流畸变相位屏软件控制界面，利用液晶空间相位调制技术实现大气湍流模拟器系统，构建满足室内实验要求的激光大气传输信、j上追。关键词：大气湍流，随机相位屏，分形法，数值模拟II万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文STUDYOFATMoSPHERICTURBULENCESIMULATORUSINGFRACTALMETHODABSTRACTWhenpropagatingintheatmosphere，fortheeffectsofturbulencefluctuation，waveamplitudeandphasechangingconductedaser

6、iesofturbulentwave．frontdistortioneffect．Laserbeamqualitywillbeinevitablydeterioratedbytheturbulenceeffects，hencetheoreticalresearchofturbulenceeffectsonlaserpropagationisofgreatimportanceinwideareasoflaserapplication．Besidestraditionalmethodssuchasexperimentsandtheoreticalanalysis，nu

7、mericalsimulationisalsoaneffectivemethodtostudyatmosphericturbulence．BasedontheclassicalKolmogorovstatisticalturbulencetheory,afractalmodelisintroducedandusedtomodeltheatmosphericturbulencephasescreen．Andthetwodifferentcyclerandommidpointmotion(RMM)algorithmisusedtosimulatetheatmosphe

8、rictu