双程湍流大气中粗糙目标对拉盖尔高斯涡旋波束的散射特性研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61805190
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0510.空间、大气、海洋与环境光学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The study on characteristics of laser beam scattered by rough surface has been one of the closely-watched foremost subjects. The paraxial approximation theory is not entirely applicable to the propagation of vortex beams with wide divergence angles under high topological charge, so the nonparaxial propagation theory of vortex beams become an urgent research topic. Based on the expansion method of Gaussian beams, we investigate the light field description, intensities, amplitudes, as well as polarization of the Laguerre Gaussian (LG) vortex beam propagation in atmospheric turbulence, explore the problem of OAM conservation in vortex beams through atmospheric turbulence. Using the extended Huygens Fresnel principle, the field model of the LG vortex beams scattered by rough targets in turbulent atmosphere along double paths is established, the second-order and fourth-order moments of the scattering fields are build, the problem of multiple integral simplification of the fourth-order moment in the scattering field is solved, the characteristics of intensities, polarization and intensity scintillation of the fields scattered by rough targets are studied, the effects of target parameters and turbulence level on the target scattering characteristics are analyzed, the related physical mechanisms are revealed. The phase screen approximation method for scattering fields from various types of target is proposed to simulate the propagation and scattering from rough targets of the LG vortex beam in the atmospheric turbulence. It provides theoretical basis and technical support for the applications of target detection and recognition, laser communication, laser radar and laser guidance.
粗糙表面对激光的散射特性研究一直是备受关注的前沿课题之一。由于傍轴近似理论不完全适用于高拓扑荷下宽发散角涡旋光束的传输,因此涡旋光束的非傍轴传输理论是亟待研究的课题。本项目基于高斯子波束展开法,研究湍流大气中拉盖尔高斯涡旋光束单程传输的光场描述,及强度、幅度、偏振特性,探索涡旋光束经湍流大气传输后轨道角动量是否守恒。采用广义惠更斯-菲涅耳原理,建立双程湍流大气中粗糙目标对拉盖尔高斯涡旋光束的散射场模型,建立散射场的二阶、四阶统计矩,解决散射场四阶矩多重积分化简的难题,研究粗糙目标对拉盖尔高斯涡旋光束散射的强度、偏振及强度闪烁特性,分析目标特征参数及湍流强度对目标散射特性的影响规律,揭示相关的物理机理。提出多种类型目标散射场的相位屏近似方法,数值模拟湍流大气中拉盖尔高斯涡旋光束的传输及粗糙目标散射特性。研究成果为空中目标探测与识别、激光通信、激光雷达、制导等应用提供重要的理论依据及技术支撑。

结项摘要

基于高斯子波束展开法,建立了符合非傍轴传输的拉盖尔高斯涡旋波束的单程传输理论模型,研究拉盖尔高斯涡旋波束经湍流大气传输后到达接收面处的强度、相位的变化规律,探索OAM分布特性,并给出物理机理描述。基于Rytov近似理论及广义惠更斯-菲涅耳原理,建立了湍流大气中普通激光束的有限尺寸粗糙目标散射场的四阶统计矩模型,推导了接收面处强度协方差和闪烁指数,研究了“目标孔径”效应,并给出了散射特性的物理机理描述。基于Rytov近似理论,解决了湍流大气中涡旋光束目标散射场四阶矩多重积分的化简难题,得到散斑相干长度及闪烁指数数学模型;研究了湍流大气中随机粗糙面目标对拉盖尔-高斯涡旋光束的回波散斑特性,并与高斯波束进行了比较,揭示了粗糙目标尺寸、粗糙度及湍流强度对散射特性的影响规律。基于分步傅里叶算法,数值模拟研究了湍流大气中Airy和BG涡旋光束的自修复和无衍射特性,并将两种光束的两种特性进行了比较。将分步傅立叶算法推广到双程湍流大气目标散射场模拟中,数值模拟研究了多种类型目标对普通激光束回波的相干长度、强度闪烁特性;分析了目标特征参数、湍流强度对散射光场的影响。基于激光动态散斑时频信号,建立了一套适用于角反射器阵列的微动参数反演算法;实验测量了旋转粗糙目标的时间相关函数,建立了粗糙目标散斑时-空相关函数简化模型并与理论结果进行了对比。研究成果在湍流大气中目标探测与识别、激光制导、通信、激光雷达信息提取以及散斑测量技术等领域有重要的的理论价值和广泛的应用前景。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(0)
湍流大气中环形Airy高斯涡旋光束的强度和相位特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    激光与光电子学进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李亚清;王利国;王谦
  • 通讯作者:
    王谦
Study on self-repairing and non-diffraction of Airy beams in slant atmospheric turbulence
艾里光束在倾斜大气湍流中的自修复和无衍射研究
  • DOI:
    10.5277/oa180309
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Optica Applicata
  • 影响因子:
    0.6
  • 作者:
    Li Ya-Qing;Wang Li-Guo
  • 通讯作者:
    Wang Li-Guo
Echo characteristics of laser beams reflected from rough targets with a finite size in atmospheric turbulence
大气湍流中有限尺寸粗糙目标反射激光束的回波特性
  • DOI:
    10.1016/j.ijleo.2020.165861
  • 发表时间:
    2021-01-01
  • 期刊:
    OPTIK
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Li, Ya-qing;Wang, Li-guo;Wang, Qian
  • 通讯作者:
    Wang, Qian
基于动态散斑时频特性的合作目标微动参数反演
  • DOI:
    10.3788/aos202141.0228001
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    光学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王利国;李亚清;巩蕾;王谦
  • 通讯作者:
    王谦
Speckle characteristics of vortex beams scattered from rough targets in turbulent atmosphere
湍流大气中粗糙目标散射涡旋光束的散斑特性
  • DOI:
    10.1016/j.jqsrt.2020.107342
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Li Yaqing;Wang Liguo;Gong Lei;Wang Qian
  • 通讯作者:
    Wang Qian

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其他文献

贫氧条件下煤自燃特性的热重-红外实验研究
  • DOI:
    10.13347/j.cnki.mkaq.2017.04.007
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    煤矿安全
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邓军;杨俊义;张玉涛;李亚清
  • 通讯作者:
    李亚清
锌镁铝层状双氢氧化物对煤自燃的阻化特性
  • DOI:
    10.13225/j.cnki.jccs.2017.0855
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    煤炭学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张玉涛;史学强;李亚清;文虎;黄遥;李山山;刘宇睿
  • 通讯作者:
    刘宇睿
PINK1/Parkin 信号通路调控的 线 粒 体 自 噬 在 慢 性 阻 塞 性 肺疾病中的研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    浙江医学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    袁东;李梦雨;李亚清
  • 通讯作者:
    李亚清
靶向ADAM17基因RNA干扰慢病毒载体的构建及慢病毒包装
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李亚清;严建平;许武林;王宏;任卓超;陈瑜
  • 通讯作者:
    陈瑜
种植体周围炎的病因及治疗方法的研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Journal of Jilin University Medicine Edition
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李亚清;刘雁鸣;章燕珍
  • 通讯作者:
    章燕珍

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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