利用光束测量估计湍流介质随时间演化的折射率：一种数据同化方法
光学
2025-10-13 v1 信号处理
最优化与控制
摘要
在自由空间光通信等应用中，信号通常在通过湍流介质传播后被恢复。在此情境下，通常假设对湍流介质所知信息有限，例如只知道空间和时间平均的统计量（如均方根），而缺乏关于空间变化状态的信息。如果能表征湍流介质的空间变化及其随时间的演化状态，获取更多信息可能会有所帮助。在此，我们提出研究使用数据同化技术来实现这一目的。我们采用傍轴波动方程进行计算设置，并使用扩展卡尔曼滤波器通过强度测量进行数据同化。为降低计算成本，湍流介质的演化被建模为一个随机过程。遵循一些以往的研究，该过程仅具有少量用于空间变化的傅里叶波长。结果表明，在许多情况下，介质的空间和时间变化被准确恢复。在某些情况下的某些时间窗口内，恢复的误差较大。最后，我们讨论了利用空间变化信息来辅助恢复传输信号或光束源的潜在用途。
引用
@article{arxiv.2401.05617,
title = {Estimating the time-evolving refractivity of a turbulent medium using optical beam measurements: a data assimilation approach},
author = {Anjali Nair and Qin Li and Samuel N. Stechmann},
journal= {arXiv preprint arXiv:2401.05617},
year = {2025}
}