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湍流大气折射率的随机起伏导致在其中传播的光波的振幅和相位发生随机起伏，从而严重影响光束质量和光学系统的性能，因此开展闪烁和相位起伏效应的研究具有重要的工程意义和应用价值。鉴于Shack-Hartmann传感器具有较高时空分辨率的优点，本文详细探讨了将该传感器用于闪烁和相位起伏效应同时测量的可行性与可靠性，并由此开展了一系列的实验与理论研究工作，取得的主要成果如下：
一、从原理上分析并通过实验验证了Shack-Hartmann传感器用于闪烁测量的可行性；在水平1000米的湍流大气中，开展了基于Shack-Hartmann传感器的闪烁和相位起伏同时探测的实验研究，并以闪烁仪等仪器验证了测量结果的可靠性：
二、首次提出利用Shack-Hartmann传感器进行路径横向风速测量的方法，分析了实验原理和路径权重函数的选取原则；将测量的路径横向平均风速与风速计的结果进行比较，发现相关系数达0.8以上；对路径横向风速的两段廓线反演进行了尝试性测量；
三、基于Taylor湍流冻结假设，推导出了不同湍流折射率谱型条件下的闪烁和相位起伏功率谱的解析表达式；分析了湍流内尺度、外尺度、折射率标度指数以及探测器孔径的变化给光波起伏频谱密度带来的影响；
四、根据湍流介质中的光传播理论，得出了对数振幅空间导数方差的解析表达式，结果表明该方差与湍流内尺度、Rytov指数以及Fresnel尺度有关；对Voitsekhovich提出的相位不连续点数密度公式进行了修正；详细地分析了不同传输条件下，上述三个参量的变化对对数振幅空间导数方差和相位不连续点数密度的影响；以数值模拟方法进行了计算分析，并与理论结果进行了对比。