激光雷达应用中单、双层共轭系统等晕角

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1、第44卷第2期西南交通大学学报Vo1．44No．22009年4月J0URNALOFSOUTHWESTJIA0TONGUNIVERSITYApr．2009文章编号：0258-2724(2009)02-0190-05DOI：10．3969／j．issn．0258—2724．2009．02．009激光雷达应用中单、双层共轭系统等晕角荣健，丁学科，钟晓春(1．电子科技大学物理电子学院，四川成都610054；2．西南交通大学物理科学与技术学院，i~1)lJ成都610031)摘要：为提高机载和地面激光雷达的探测能力，导出

2、了单、双层共轭系统等晕角计算公式．针对激光雷达探讨了共轭高度的选取，并模拟、比较了单、双层共轭系统以及传统AO(自适应光学)系统等晕角．模拟结果表明：在上、下行光路中，双层共轭系统的等晕角增益分别为3000和1000txrad，而单层共轭系统等晕角增益在远距离情况下几乎为0．关键词：单层共轭；双层共轭；共轭高度；等晕角；激光雷达中图分类号：TB133文献标识码：AIsoplanaticAnglesofSingle--andDual·-conjugateAdaptiveOpticsSystemsinLidarR

3、ONGJian，DINGXueke，ZHONGXiaochun(t．SchoolofPhysicalElectronic，UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina，Chengdu610054，China；2．SchoolofPhysicalScienceandTechnology，SouthwestJiaotongUniversity，Chengdu610031，China)Abstract：Toimprovethedetectiveabilityof

4、air—borneandgroundlaserlidarsystems，theexpressionsofisoplanaticanglesofsingle—anddual—conjugatesystemswerededuced．Theselectionsofconjugationheightforlidarsystemswerediscussed，andtheisoplanaticanglesofsingle—conjugate，dual—conjugateandclassicalAO(adaptiveopt

5、ics)systemswerecomparedbynumericalsimulations．Thesimulatedresultsindicatethatthegainsoftheisoplanaticanglesofadual—conjugatesystemare3000and1000Ixradrespectivelyforupordownchannel，whilethegainsoftheisoplanaticanglesofasingle—conjugatesystemarealmost0atalong

6、distance．Keywords：single·conjugate；dual—conjugate；conjugationheight；isoplanaticangle；lidar自适应光学(adaptiveoptics，AO)系统能实时感知由大气扰动、环境温度起伏等因素造成的波形畸变，并通过调整光学系统实现实时畸变的补偿．但由于大气非等晕¨的影响，传统AO的视场在典型情况下只有I．Lrad量级．当观察目标稍微偏离光轴时，分辨率便明显下降，这就大大限制了AO系统的推广应用．为解决这一问题，人们提出各种方案和设

7、想，如多光束、宽口径和多层共轭自适应光学校正(MCAO)．其中MCAO的基本思想是将大气湍流分成若干层，在每层的共轭位置上设置1块自适应校正镜(变形镜DM)以校正该层大气引起的波形畸变．这一概念是由Beckers在1987年首次提出，并在1989年进一步论证了上述方案J．1993年Yan等导出了基于简化湍流模型得到视场角增益与分层数的关系，初步论证了MCAO实现大视场校正的可能性，但把湍流集中到一薄层中处理，导致视场角可以为无穷大的结果，在实际中很难实现．根据Fried的研究J，自适应光学校正视场可用等晕角描

8、述．笔者在Fried研究的基础上结合激光雷达的实际应用，推导出上、下行光路的MCAO等晕角表达式，通过数值模拟探讨单、双层共轭收稿日期：2007-08-06基金项目：国家自然科学基金资助项目(60572079)作者简介：荣健(1962一)，男，教授，博士，主要从事自适应光学与大气光通信研究，E-mail：rongjmail@163．con通讯作者：丁学科(1980一)，男，硕士研究生，研究方向为自适