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World File Search System大气湍流
使用瞳孔平面波前数据导出动态测距瑞利信标弗里德参数值的湍流剖面分析
摘要。大气湍流通常会阻碍远距离光学成像应用。湍流对成像系统的影响可以表现为图像模糊效应，通常通过系统中存在的相位失真来量化。模糊效应可以根据沿传播路径测量的大气光学湍流强度及其对成像系统内相位扰动统计的影响来理解。获取这些测量值的一种方法是使用动态范围的瑞利信标系统，该系统利用沿传播路径的战略性变化的信标范围，有效地获得影响光学成像系统的像差的估计值。我们开发了一种从动态范围的瑞利信标系统中提取断层扫描湍流强度估计值的方法，该系统使用 Shack - Hartmann 传感器作为相位测量装置。介绍了从快速序列中获得的战略性范围变化的信标测量中提取断层扫描信息的基础，以及典型湍流场景的建模示例。此外，处理算法还用于模拟孤立强湍流层的识别。我们介绍了所选处理算法的基础，并讨论了该算法作为大气湍流分析方法的实用性。© 作者。由 SPIE 根据 Creative Commons Attribution 4.0 Unported 许可证出版。分发或复制本作品的全部或部分内容需要完全署名原始出版物，包括其 DOI。[DOI：10.1117/1.OE.59.8.081807]
全球范围内的科学应用...
应用地球和大气科学研究人员不断创新，使世界更安全、环境更清洁、能源资源更可持续。我们的主要研究领域包括地震学、地球物理学、地质力学、地球化学、水文学、大气湍流和扩散、气候建模和模型比对、气候变化检测和归因、气候敏感性和反馈、能源系统和碳循环。我们保持先进的实验和计算能力，以更好地理解我们任务应用核心的复杂过程。LLNL 在地球和大气科学方面的专业知识的部分应用如下：
自由空间光通信：挑战和... - arXiv
摘要 — 近年来，自由空间光 (FSO) 通信因其独特的特点而变得非常重要：带宽大、免许可频谱、数据速率高、部署简便快捷、功耗低、质量要求低。FSO 通信使用近红外 (IR) 和可见光波段的光载波在地球大气层内建立地面链路、卫星间/深空链路或地对星/星对地链路。它还可用于遥感、射电天文学、军事、灾难恢复、最后一英里接入、无线蜂窝网络回程等。然而，尽管 FSO 通信潜力巨大，但其性能受到大气信道的不利影响（即吸收、散射和湍流）的限制。在这三种影响中，大气湍流是一个主要挑战，它可能导致系统的误码率 (BER) 性能严重下降，并使通信链路不可行。本文全面介绍了 FSO 通信系统在地面和空间链路中面临的各种挑战。它将提供各种性能缓解技术的详细信息，以使 FSO 系统具有高链路可用性和可靠性。本文的第一部分将重点介绍对 FSO 系统在地面和空间链路中的性能构成严重挑战的各种类型的损伤。本文的后半部分将为读者提供对 FSO 系统中物理层和上层（传输、网络或链路层）中使用的各种技术的详尽回顾，以对抗大气的不利影响。此外，本研究以独特的方式提供了使用各种信道模型和检测技术的 FSO 编码和调制方案的当前文献。它还介绍了 FSO 系统中最近开发的一种使用轨道角动量来对抗大气湍流影响的技术。
自由空间的几个模式纤维耦合效率...
摘要 - FEW模式纤维是接收器自由空间光学通信的重要组成部分，以获得可实现的高耦合效率。根据自由空间光学通信链接到几种模式纤维的理论耦合模型是基于一组尺度适应的Laguerre-Gaussian模式提出的。发现各种模式的效率在存在大气湍流或随机抖动的情况下的行为不同。基于此模型，获得了最佳耦合几何参数，以最大程度地提高少数模式纤维所选模式的耦合效率。研究了随机抖动的沟通性能。表明，少数模式纤维比单模纤维具有更好的位率率性能，尤其是在高信噪比的比率方面。
利用自适应光学技术提高卫星对地 QKD 密钥速率
尽管 QKD 链路可以达到传统方式无法达到的安全级别，但由于光纤损耗会随着距离的增加而呈指数级增长，因此 QKD 链路在全球范围内的实施面临着关键限制。由于量子中继器技术不够成熟，地面 QKD 装置的可达距离最多只能限制在几百公里 [1-3]。因此，卫星中继被认为是实现洲际链路非常有前途的解决方案 [4]，多年来，已发表了多项关于自由空间卫星 QKD 的理论和实验可行性研究 [5-11]。然而，特别是对于卫星到地面的链路，大气湍流对信号传播的影响需要优化单模光纤 (SMF) 中的光耦合，这对于与地面站连接必不可少。
沿轨干涉机载雷达的飞行中多通道校准
摘要 — 多通道校准对于检测移动目标并准确估计其位置和速度至关重要。本文介绍了一种快速有效的沿轨多通道系统校准算法，特别是针对时空自适应处理 (STAP) 技术。所提出的算法校正了接收通道的相位和幅度偏移，还考虑了沿斜距和方位角时间的多普勒质心变化（例如由大气湍流引起）。多普勒质心变化的知识对于准确的杂波协方差矩阵估计尤其重要，这是 STAP 有效抑制杂波所必需的。重要的校准参数和偏移量直接从距离压缩训练数据中估计。基于使用 DLR 机载系统 F-SAR 获取的真实多通道 X 波段雷达数据对所提出的算法进行了评估，并与最先进的数字通道平衡技术进行了比较。实验结果表明，所提出的校准算法在实时应用中具有潜力。
无人机航母着陆的建模与仿真 - arXiv
无人机具有提高操作灵活性和降低任务成本的良好能力，我们正在利用固定翼无人机实现的自动航母着陆性能改进。为了展示这种潜力，本文研究了两个关键指标，即基于 F/A-18 大攻角 (HARV) 模型的无人机飞行路径控制性能和降低进近速度。着陆控制架构由自动油门、稳定增强系统、下滑道和进近航迹控制器组成。使用蒙特卡洛模拟在一系列环境不确定性下测试控制模型的性能，包括由风切变、离散和连续阵风以及航母尾流组成的大气湍流。考虑了真实的甲板运动，其中使用了海军研究办公室 (ONR) 发布的海军环境系统表征 (SCONE) 计划下的标准甲板运动时间变化曲线。我们通过数字方式演示了允许成功着陆航母的限制进近条件以及影响其性能的因素。
用于自由空间量子通信的多模时延干涉仪
量子密钥分发 (QKD) 和超密集隐形传态等量子通信方案为安全地传递信息提供了独特的机会。光通信正日益扩展到自由空间信道，但自由空间信道中的大气湍流需要光接收器和测量基础设施来支持多种空间模式。本文，我们介绍了一种多模迈克尔逊型延时干涉仪，该干涉仪采用场展宽设计，用于测量自由空间通信方案中的相位编码状态。干涉仪采用玻璃光束路径构造，以提供热稳定性、场展宽角度公差和紧凑的占地面积。干涉仪的性能突出，单模和多模输入的测量可见度分别为 99.02 ± 0.05% 和 98.38 ± 0.01%。此外，还展示了针对任意空间模式结构和 ± 1.0 ◦ C 温度变化的高质量多模干涉。干涉仪测得的光路长度漂移接近室温，为 130 nm / ◦ C。借助此装置，我们展示了用于时间相位 QKD 的双峰多模单光子状态的测量，可见度为 97.37 ± 0.01%。
分离机动和阵风的方法评估...
代顿大学正在支持联邦航空管理局 (FAA) 对美国商用运输飞机机队结构完整性要求的研究。这项研究的主要目标是通过开发新的和改进的方法和标准来处理和呈现大型商用运输飞机飞行和地面载荷使用数据，从而支持 FAA 机载数据监测系统计划。飞行中记录的加速度是由飞行员发起的机动输入和大气湍流引起的。为了从记录的飞行载荷数据中确定阵风和机动载荷因子谱，必须将阵风和机动载荷因子分开。已经使用了各种方法将飞行员机动和湍流引起的加速度与测量的加速度时间历史分开。本报告介绍了一项研究的结果，该研究旨在评估三种不同方法的有效性和操作处理效率，这些方法用于从配备光学快速存取记录器 (OQAR) 的商用飞机获得的测量加速度数据中分离机动和阵风。还提供了使用机动-阵风分离方法的结论和建议。