[发明专利]海洋湍流中涡旋光束经粗糙面散射回波光强的计算方法

权利要求书

1.海洋湍流中涡旋光束经粗糙面散射回波光强的计算方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤1、搭建在海洋湍流环境下，建立光束经粗糙目标后的散射回波系统模型，散射回波系统模型包含发射端A、海洋湍流、粗糙面B及接收端C；首先确定发射端A点的光源类型以及接收端A点到粗糙面B点的海洋湍流复相位扰动，根据Rytov近似，给出光束经过海洋湍流到达粗糙面B点的光场互相干函数表达式＜U_B-(ρ₁,z)U^*_B-(ρ₂,z)＞；

步骤2、确定高斯粗糙面的高度分布函数h(ρ)，计算高斯粗糙面的相位扰动再计算LG光束经粗糙面B散射后的光场U_B+(ρ)，得出LG光束经粗糙面散射后的光场互相干函数＜U_B+(ρ₁)U_B+^*(ρ₂)＞；

步骤3、根据广义惠更斯-菲涅尔积分公式，将LG光束经粗糙面散射后的光场互相干函数以及回程的海洋湍流相位扰动代入广义惠更斯-菲涅尔积分公式中，求得LG光束在接收端的光场互相干函数；

步骤4、利用质心、差分坐标变换，对LG光束在接收端的光场互相干函数积分式进行化简并积分；

步骤5、根据步骤4求得的接收端C的光场互相干函数，得到海洋湍流中，LG涡旋光束经粗糙面散射回波在任一点处的平均光强。

2.根据权利要求1所述的海洋湍流中涡旋光束经粗糙面散射回波光强的计算方法，其特征在于，步骤1的具体实施步骤如下：

步骤1.1、确定建立光束经粗糙目标后的散射回波系统模型中发射端A点的光源为LG光束，传输距离为z的光场表达式为：

其中r＝(r,θ)为极坐标下发射端的二维矢量坐标，l为拓扑荷数，p为径向指数，ω₀为束腰半径，为传输距离z处的光束半径，i为虚数单位，z为传输距离，z_R为瑞利距离，为拉盖尔多项式，k为空间波束；

步骤1.2、已知发射端A点到粗糙面B点的海洋湍流复相位扰动为ψ₁(ρ₁,r₁)，其系综平均为

其中，“”为求系综平均，r₁和r₂为发射端A上的任意点的极坐标下的二维矢量坐标，ρ₁和ρ₂为粗糙面B上的任意点的极坐标下的二维矢量坐标，D_ψ1(r₁-r₂)为海洋湍流下球面波的波结构常数，ρ₀为球面波在海洋湍流介质中传输的相干长度，“*”为求共轭；

步骤1.3、已知U_A(r,z)及＜exp[ψ₁(ρ₁,r₁)]·exp(ψ₁^*(ρ₂,r₂))＞，给出拉盖尔-高斯光束经过海洋湍流到达粗糙面B点的光场互相干函数＜U_B-(ρ1,z)U^*_B-(ρ₂,z)＞；

＜U_B-(ρ₁,z)U^*_B-(ρ₂,z)＞＝＜U_A(ρ₁)exp[ψ₁(ρ₁,r₁)]·U_A^*(ρ₂)exp[ψ₁^*(ρ₂,r₂)]＞ (3)

其中，U_B-(ρ₁,z)表示LG光束经过海洋湍流入射粗糙面B任意一点的光场；将U_A(r,z)、＜exp[ψ₁(ρ₁,r₁)]·exp(ψ₁^*(ρ₂,r₂))＞代入(3)式，得LG光束经过海洋湍流到达粗糙面B点的光场互相干函数为：

其中，ρ为粗糙面上的二维矢量坐标,ψ₁(ρ,r)为发射端到粗糙面之间海洋湍流引起的复相位扰动，^*为共轭。