多模激光雷达目标反射光与后向散射光在湍流大气中的传输特性

本项目主要研究如何由入射面上多模激光束的特性（如频谱、M2因子、闪烁指数、空间相干参数、模式结构等）和大气湍流特性，确定达到目标面的光束特性；研究光束经过目标反射或后向散射后，回到接收平面上的光波特性；研究由入射面上多模激光束的特性和接收平面上的光波特性，如何反演大气湍流的相关参数（如结构常数等）或目标信息（如类型、位置、速度等），并分析相应反演算法的合理性和有效性；最后，在上述工作的基础上，针对航空飞行安全中很有实际意义的机载激光雷达晴空湍流探测，在测风精度、湍流危险指数及湍流分布等方面开展研究。研究工作不仅包括理论和数值模拟研究，对M2因子传输规律还要开展验证性实验研究。本项目的研究既有基础科学研究的意义，又在激光雷达探测大气湍流和获取目标信息方面均有应用价值，特别是对改进机载多普勒激光雷达具有重要的应用价值，并对开发新型机载探测激光雷达具有参考价值。

本项目研究属于激光雷达领域，也涉及到空间光通信和遥感等领域。它主要研究了湍流大气中包含多模激光束和阵列光束在内的若干典型光束经视线传播或经目标反射或散射后，到达接收面上的光束特性（如M2因子、频谱、闪烁指数、空间相干参数和误码率等），由光束特性反演大气湍流参数（如折射率起伏结构常数、内尺度和外尺度等）的方法，以及开展相关验证性实验。项目工作取得了较丰富的成果，主要包括：.（1）获一项关于探测大气湍流参数（结构常数和内尺度）的原创性发明专利及相关算法等。.（2）推导出对强弱湍流、非均匀湍流和non-Kolmogrov湍流均适用的光束矩阵和光束传输因子（M2因子）的一般传输公式，以及基模高斯光束经湍流大气中球面（或平面）镜反射后的M2因子公式等。.（3）在光束的湍流距离与湍流瑞利距离、斜程传输和光束在non-Kolmogorov湍流中特性研究取得了重要进展等，如推导出激光束通过non-Kolmogorov湍流时，湍流距离的一般解析公式等。. 许多结果具有重要的科学意义和学术价值，并发表在国内外较重要的学术刊物上，达到了项目的预期目标。所得到的研究结果，可以从光束类型的选择、探测精度等方面，对改进探测晴空湍流(CAT)的机载多普勒激光雷达提供重要的参考与指导，对开发基于M2因子的新型探测CAT激光雷达奠定了一定基础，此外，对空间光通信和遥感研究有一定参考价值。