光束在大气湍流中传输时, 可通过调节部分相干光束的空间关联结构实现传输性质的调控。在总结特殊关联部分相干光束大气湍流传输相关基本理论的基础上, 分别介绍了特殊关联部分相干光束的产生方法以及空间关联结构的测量方法, 讨论了特殊关联部分相干光束在大气中传输所产生的物理效应, 对于激光大气传输有一定的参考价值。

通过研究入射余角44°~69°的海杂波实测数据的时间相关特性、空间相关性及幅度统计特性发现,海杂波相关时间维持在毫秒量级, 且随着入射余角增加, 先增加后减小, 时间相关性最强的入射余角在60°左右, 而平均相关距离单元个数一直增加。针对大入射余角高分辨率海杂波的幅度统计特性提出一种新的海杂波幅度拟合混合分布, 并通过KK分布、Rayleigh分布、对数正态分布及K分布的对比, 证明了新的混合分布对大入射余角海杂波的拖尾部分具有良好的拟合效果。

针对运动物体,提出了集时间和空间关联于一体的成像方案。物体的运动被分割为一系列的图片帧,第一帧选作空间关联的目标物体。将帧间运动物体相对位置信息编码构成的时间信号作为时间关联的目标信息,通过空间和时间关联成像技术,非局域地获取第一帧图片和帧间时间信号;根据设定的规则,将时间信号转换为帧间运动物体的空间相对位置,结合第一帧图片对运动物体进行移位操作,获得第二帧图片;在第二帧图片基础上,结合时间关联恢复的运动物体空间相对位置信息,恢复出第三帧图片。以此类推,获得所有帧图片,最后合成物体的运动。通过数值仿真对所提方案的可行性进行了验证。与已有运动物体关联成像方案相比,所提方案降低了运动物体多帧关联成像的数据量和重构时间,为非局域地探索运动物体成像提供了新的研究思路。

由于高光谱图像具有波段多、波段间信息冗余、空间信息相关等特点,提出一种考虑空间相关性的半监督局部保持投影(LPP)的高光谱图像特征提取算法(LPP-SCSSFE)。该算法利用保存高光谱图像空间近邻结构的空间距离,及保持图像光谱相似性的类内判别权值和类间判别权值,定义新的同物异谱、同谱异物像元权值计算函数,结合LPP提取高光谱图像特征,从而最大化同类地物间的相似性和异类地物间的差异性。在Indian Pines和Pavia University两个数据集上,通过高光谱图像分类实验对本文提出的LPP-SCSSFE算法进行验证,算法最高总体分类精度分别达到87.50%和91.29%,优于现有的特征提取算法。结果表明,本文算法充分考虑高光谱图像的空间相关性和光谱相似性,能够有效提取出有代表性的特征,提高分类精度。

基于部分相干光束的角谱表述和稳相法,研究了非传统空间关联结构对非傍轴部分相干光束的远场光强和发散角特性的影响,推导了非傍轴贝塞尔-高斯谢尔模(BGSM)光束经圆形光阑衍射后在远场的光强和发散角的解析表达式,利用该表达式数值计算了非傍轴BGSM光束的远场光强和发散角特性。结果表明,非傍轴BGSM光束与非傍轴高斯-谢尔模光束的远场光强及发散角特性不同,并且与光束在光源平面的空间关联结构、束腰半径、相干长度以及光阑半径密切相关。因此,调控光束的空间关联结构可以调控非傍轴部分相干光束的远场传输特性。

空气中可吸入颗粒物浓度的增加与众多综合因素相关, 其空间分散程度与高程DEM间也有一定的相关性。 为了研究雾霾的污染与高度的空间相关关系, 以环首都地区100 km范围内为研究对象, 利用矩形格网尺度法对所研究区域进行不同边长及不同尺度的格网划分, 通过无人机获取可见光影像数据和高光谱POS信息数据, 对所研究区内的空气污染因子和高程因子进行提取和整合。 同时利用地统计学GS+软件的克里格插值法对所提取的变量数据进行空间相关性研究, 并利用MODIS遥感影像数据和无人机获取的POS数据与实地调查相结合的方法对地形和环境数据进行非线性回归拟合分析。 计算在不同格网尺度下环首都地区空气中的可吸入颗粒物及高程因子的空间相关效应的影响变程, 建立二者间的空间相关性优化模型, 从而确定可吸入颗粒物浓度随着高程变化的整体趋势。 结果表明: 高程DEM与空气污染指数API的最大相关影响距离为14.74 km, 且随着样本点间的距离增大, DEM的空间自相关性呈现逐渐减弱的规律, 即可吸入颗粒物浓度随着高程的增加而减小的整体趋势。 同时, 建立了高程DEM与环境间的空间相关性模型, 该模型符合地统计学的高斯球状模型, 相关系数r均高于90%, 模型拟合度较高。 试验为日后相关部门控制空气污染指数随着高度的变化选择不同树种进行绿化提供了一定的理论和实践指导依据。

多输入多输出(MIMO)技术可以在不额外增加频谱资源和发射功率的条件下成倍提高通信系统的信道容量, 但子信道间存在的空间相关性会影响光MIMO无线通信系统(OWC)的性能。本文研究了对数衰落信道中空间相关性对光MIMO系统误码率的影响。针对脉冲位置调制(PPM)方式, 采用指数相关模型推导出了光MIMO通信系统在不同相关机制下的对数振幅衰落系数矩阵和最大似然检测准则。然后, 采用Wilkinson近似方法推导出了该条件下光 MIMO系统误码率的上界。最后, 利用仿真实验进一步分析了空间相关性对OWC MIMO系统误码率的影响。结果表明: 空间相关性的存在使得OWC MIMO系统的性能恶化, 且随着收发天线数量的增加, 空间相关性会导致系统误码率恶化加剧。因此在实际工程应用中要合理放置天线, 尽量减小天线之间的相关性, 以便更好地发挥MIMO系统的优势。

大气信道中，信道衰落以及天线间距的限制导致无线光多输入多输出(MIMO)系统的各光束间存在一定的相关性，这种相关性严重影响无线光通信系统的性能。基于脉冲位置调制(PPM)建立了相关信道下无线光MIMO系统的信道模型，并采用Wilkinson方法推导出对数正态衰落时无线光MIMO系统的平均信道容量。模拟结果表明：空间相关性的存在降低了系统的平均信道容量，而且随着总能量的增大，相关性带来的容量损失也增大。在完全相关信道中，发送端相关对信道容量产生的影响比接收端相关的影响更为严重。