湍流大气中折返路径激光传输实验与仿真研究对了解和掌握以光学湍流强度的时空分布以及特征尺度为表征的空间结构特征,并获得对光波大气传输湍流效应的定性和定量的描述十分有必要,同时该研究在激光雷达探测、制导、对抗等领域具有重要的学术意义和广泛的应用价值。本文主要采用红光激光器、3M微晶棱镜阵列反光膜和长焦高速CCD构建的折返路径激光成像探测系统,进行典型天气条件下湍流大气中1km传输路径上的激光光斑回波成像探测实验,并配备激光闪烁仪和大气相干长度仪实时监测湍流参数。对激光大气传输中的若干基本问题分别进行了初步探讨:直观分析了激光回波光斑图像强度分布,比较了在不同湍流强度下折返路径激光光斑形态差异;利用一定时间段内的光斑图像分析了光斑强度概率密度分布;进一步研究了湍流效应下接收孔径内闪烁指数随接收孔径与接收位置的变化关系;同时将依据该闪烁指数推算出的湍流折射率结构常数与实时监测数据进行比对分析,利用该方法所得的湍流折射率结构常数与激光闪烁仪实测值在变化趋势上具有良好的一致性。根据实验系统建立了完整的激光传输链路仿真模型,采用分步傅里叶变换算法模拟了湍流大气中高斯波束水平路径上单程与双程传输过程,对模拟得到的大量激光光斑进行统计分析,并与实验值进行了比较,分析了链路模型的选取以及湍流强度、目标粗糙度等因素对波束统计特性的影响,并比较了单程与双程路径下波束统计特性的差别。本文建立起来的实验系统不仅可用于观测受大气湍流影响的完整的远场激光光斑,并且通过定量化理论建模,可成为一种单端的大气光学湍流参数成像探测新技术,因此本文的研究成果具有重要的指导意义和参考价值。