Введение к работе
з
Актуальность темы. Совершенствование лазерных локационных систем, а также систем направленной оптической связи представляет актуальную проблему современных оптики и радиофизики. По сравнению с кабельными устройствами, линии направленной оптической связи требуют меньших затрат, их установка может быть выполнена в короткие сроки; кроме того, они позволяют обеспечивать связь с движущимися объектами. Однако при практическом использоватга локационных оптических систем и направленных линий связи следует считаться с негативным влиянием турбулентной атмосферы, приводящим к уменьшению интенсивности излучения и достаточно сильным случайным искажениям амплитудно-фазового распределения. Несмотря на то, что в ходе многолетних исследований накоплен значительный экспериментальный материал и проведены обширные теоретические исследования, относящиеся к анализу искажений лазерного пучка в тропосфере, многие вопросы распространения оптического излучения в тропосфере изучены еще недостаточно полно. Подавляющее большинство работ в этой области посвящено анализу зависимости амплитудно-фазовых флуктуации и размера зоны когерентности от геометрии трассы, ее длины, а также от интенсивности турбулентности и различных метеопараметров. В то же время, оптико-физические процессы, характеризующиеся не только количественными, но и качест-оенными изменениями структуры пучка с точки зрения динамики их развития и внутреннего физического механизма, остаются практически неизученными. Особенно заметен дефицит имеющихся сведений применительно к атмосферным приземным трассам, работающим в условїіях повышенной турСулизации, например, в пределах городского рельефа.
Взаимодействие лазерного излучения с турбулентной атмосферой на трассах вблизи поверхности Земли определяется повышенной турбулизованностью приземного слоя, влиянием шероховатости подстилающей поверхности, присутствием конвективных течений, а также неоднородностью микрометеорологических процессов, развивающихся вблизи земной поверхности в условиях стратификации приземного слоя. Эти явления приводят к появлению ряда особенностей в поведении статистических характеристик лазерного излучения на таких трассах по сравнению с аналогичными характеристиками излучешгя на трассах, проходящих вне границ приземного слоя. Недостаточность экспериментального материала не позволяет установить закономерности связи статистических параметров лазерного излучения с особенностями микроструктуры турбулентности этой области атмосферы, в частности, требует решения вопрос о том, в какой степени перемежаемость турбулентности индуцирует перемежаемость структурных состояний лазерных пучков.
Целью работа является экспериментальное исследование особенностей амплитудно-фазовых флуктуации лазерного излучения на локационных трассах различных направлений в условиях повышенной турбулизации приземного слоя атмосферы, а также выявление основных закономерностей, характеризующих процессы стохастизации и структурной перемежаемости световых пучков в различных метеоусловиях.
Научная новшиа. В диссертационной работе впервые на уникальных атмосферных трассах, характерных для условий повышенной турбулизации приземного слоя, осуществлены комплексные систематические исследования пространственно-временных характеристик лазерных пучков в режимах как слабьк, так и сильных флуктуации, позволившие определить условия стохастизаиш излучения и обнаружить явление структурной перемежаемости пучков. Отличительная особенность работы состоит в том, что в ней значительное внимание уделено изучению характеристик пучков со сложной структурой амплитудно-фазового профиля.
. Достоверность полученных результатов подтверждается многократностью проводимых экспериментов, обоснованностью методик и анализом погрешностей измерений, а также согласием этих результатов с данными теоретического анализа и современными знаниями об атмосфере Земли и процессах распространения в ней электромагнитных волн.
Научная и практическая ценность работы. В работе развиты представления о механизме и проявлениях различных типов структурных изменений в лазерных пучках на приземных трассах в условиях повышенной турбулизации среды. Практическая значимость работы определяется возможностью использования полученного в ней экспериментального материала в решении проблем оптимизации параметров и совершенствования приемопередающих и адаптивных устройств, применяемых в системах оптической локации, связи, навигации и устройствах лазерного зондирования среды распространения излучения.
Защищаемые положения
1. Разработанные схемы оптических трактов и приемо-передающей аппаратуры, а также методики измерений, позволяющие осуществлять многопараметрический экспресс-анализ характеристик лазерных пучков, распространяющихся по приземным трассам с различной геометрией.
-
Классификация различных режимов поведения пучка на трассе в зависимости от степени турбулизованности атмосферы, позволяющая систематизировать экспериментальные данные и сформулировать основные закономерности трансформации амплитудно-фазового распределения.
-
Экспериментальные данные о фазовых флуктуации лазерного излучения на наклонной приземной трассе в разных метеорологических состояниях, а также результаты сравнительного анализа оптических характеристик пучков на горизонтальной и наклонной трассах.
-
Экспериментальные данные об условиях стохастизации пучков в приземных каналах распространения, о характеристиках структурной перемежаемости пучков и ее связи с параметрами, определяющими состояние атмосферы.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на XI Симпозиуме по лазерному и акустическому зондированшо атмосферы (Томск, 1992); XVII конференции по распространению радиоволн (Ульяновск, 1993); IV Международной научно-технической конференции "Распространение и дифракция электромагнитных волн в неоднородных средах" (Вологда, 1994); IV Всероссийской школе-семинаре "Волновые явления в неоднородных средах" (Красновидово, 1994); Международной конференции "Климатические параметры атмосферы'94" ("CLIMPARA'94", Москва, 1994); Международной конференции '100-летие начала использования электромагнитных волн для передачи сообщений и зарождения электротехники" (Москва, 1995); 15-й Международной конференции "Оптика лазеров" 'С-Петербург, 1995); Международном симпозиуме "Прогресс в исследованиях по электро-иагнетнзму'95" (Progress in Electromagnetic Research Symposium - "PIERS'95", Seattle, USA, 1995); Международной конференции студентов и аспирантов "Ломоносов'96" (Москва, 1996); Международном симпозігуме "Прогресс в исследованиях по электромагнетизму'96" [Progress in Electromagnetic Research Symposium - "PrRS'96", Innsbruck, Austria, 1996).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 научных работ, перечень которых іриведен в конце автореферата.
