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大气湍流在很多情况下偏离局地均匀各向同性统计特征，因此在实际应用中，Kolmogorov湍流统计理论被推广为非Kolmogorov湍流统计理论，即在惯性区内，湍流功率谱依然符合幂律特征，但幂值的绝对值在3-5范围内变化。本文提出了非Kolmogorov湍流折射率结构常数与Kolmogorov湍流折射结构常数的等效方法;研究了非Kolmogorov湍流相位屏的生成方法;通过数值模拟方法研究了光波在均匀、非均匀非Kolmogorov湍流大气中的传播特性。研究的主要内容和取得的成果包括以下几个方面: 1.基于湍流折射率结构函数与折射起伏方差、外尺度以及其标度律之间的关系，得到了非Kolmogorov湍流折射率结构常数和Kolmogorov湍流折射率结构常数之间的等效关系，通过实验数据证实了该等效方法的可靠性。 2.对非Kolmogorov大气湍流相位屏的生成方法进行了研究，这三种方法分别为:功率谱法、Zernike多项式法和分形法。通过相位结构函数，对三种方法生成的非Kolmogorov湍流相位屏进行了验证，分析了各方法的优缺点。 3.对均匀非Kolmogorov湍流大气中的平面波和准直高斯的传播特性进行了数值研究，分析了平面波的闪烁指数、分形维数和相位奇点数密度随湍流谱的幂律、湍流起伏强度、内尺度以及菲涅尔尺度的变化特征;研究了高斯光束的轴上闪烁和离轴闪烁、短曝光光斑半径、长曝光光斑半径、光斑漂移量随湍流谱幂律、湍流起伏强度的变化特征。 4.对三种非均匀非Kolmogorov大气湍流路径上的平波传播进行了数值模拟。第一种非均匀路径上Kolmogorov湍流和具有单一谱幂律的非Kolmogorov湍流按一定的百分比分布;第二种非均匀路径上的湍流谱幂律在3-4之间服从均匀分布;第三种非均匀路径上的湍流谱幂律服从均值为11/3、标准差分别为0.1，0.2，0.3，0.4的高斯分布。得到了每种传播条件下闪烁指数、分形维数和相位奇点数密度的变化特征，并计算了这些传播条件下的每一参量与其在Kolmogorov湍流中的结果的相对偏差。