论文主要探讨了实际气象参数对星地激光通信系统通信性能的影响，并通过构建接收功率损耗模型，利用仿真分析不同气象条件下的接收功率变化规律及光斑分布特征。以下是文件的核心内容总结：

1. 研究背景与意义：

• 自由空间光通信优势：大容量、轻量化、高保密性、强抗电磁干扰能力，可解决“最后一公里”通信难题。

• 星地激光通信挑战：信道环境苛刻，易受大气环境干扰，特别是在星地激光链路传输中。

2. 研究目标与方法：

• 目标：研究实际气象参数对星地激光通信系统性能的影响。

• 方法：构建基于风速-能见度气象参数的接收功率损耗模型，利用Hufnagel-Valley湍流模型与Von Karman功率谱生成大气湍流相位屏，引入米氏散射理论量化雾衰减效应。

3. 接收功率衰减模型：

• 总传输损耗公式：(L = L_{\text{freespace}} + L_{\text{fog}} + L_{\text{turb}} + L_{\text{point}})，包括自由空间传输损耗、雾引起的衰减、大气湍流衰减和收发机指向误差。

• 自由空间传输损耗：(L_{\text{freespace}} = 20 \log\left(\frac{4\pi D}{\lambda}\right))，其中(D)为传输距离，(\lambda)为激光波长。

• 雾引起的衰减：采用米氏散射模型，散射系数与能见度相关。

• 大气湍流衰减：基于Rytov理论建立湍流衰减模型，湍流强度与风速相关。

• 收发机指向误差：采用几何光学统计模型描述，误差标准差与等效光束半径影响接收功率。

4. 接收光强分布与仿真：

• 相位屏模拟：采用多层相位屏法模拟激光在连续湍流介质中的传输，光场表达式通过快速傅里叶变换实现。

• 湍流强度分类：根据折射率结构常数(C_n^2)将大气湍流划分为弱湍流、中等强度湍流和强湍流。

• 仿真参数设置：包括大气传输距离、相位屏间距、束腰半径、湍流结构常数等。

5. 仿真结果与分析：

• 接收功率变化：轻雾下接收功率波动较小，大气湍流显著增加接收功率波动，浓雾和湍流共同作用下接收功率显著降低。

• 能见度影响：轻雾条件下接收功率较高且稳定，大雾和浓雾条件下接收功率显著降低且波动大。

• 湍流强度影响：湍流强度越强，光斑越发散，激光能量衰减越大。

• 高风速影响：风速达到或超过15 m/s时，通信中断概率显著增加至38.33%。

6. 结论与建议：

• 气象参数关键影响：明确了气象参数对星地激光通信系统性能的关键影响，为“双阈值”气象窗口选择提供了参考。

• 通信系统优化：建议根据气象条件调整发射功率或采用前向纠错技术保障通信，避免在高风速或浓雾条件下进行通信。

7. 研究贡献：

• 理论贡献：整合米氏散射理论、Kolmogorov湍流理论等，构建了多物理场接收光功率模型。

• 实际应用：利用北京首都机场实测数据，揭示了不同气象条件下接收功率的变化规律，为通信系统气象窗口规划与性能优化提供了理论依据。

论文通过详细的模型构建和仿真分析，深入探讨了气象参数对星地激光通信系统性能的影响，为实际通信系统的设计和优化提供了有价值的参考。