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随着水下高速信息传输需求的增加,水下光通信成为研究热点。轨道角动量作为光的新型的自由度,可以极大地增加信道容量而被引入水下光通信。然而水下湍流会影响光在水下传输的质量,降低水下光通信的可靠性。因此,建立有效的水下湍流模型是研究水下光通信系统的前提。论文分别通过功率谱反演法和Zernike多项式法建立了水下湍流模型,并以数值仿真分析了涡旋光束在水下湍流中的传输特性。主要工作如下:(1)建立了基于功率谱反演法的水下湍流随机相位屏模型,并通过次谐波补偿方法改善了功率谱反演法生成随机相位屏在低频部分的不足。首先利用水下湍流的折射率功率谱对高斯白噪声矩阵进行滤波,再通过傅里叶变换生成符合水下湍流统计特性的相位屏。接着通过次谐波补偿方法对低频部分进行改善。结果表明,在低频次谐波补偿时,随着补偿阶数和补偿级数的增加,补偿效果越好,当补偿级数为7,补偿阶数为9时,相位屏的相位结构函数与理论曲线最接近。最后利用该模型数值仿真了拉盖尔-高斯光束在水下传输,结果表明,随着补偿阶数的增加,探测概率随传输距离变化的曲线与理论曲线越来越接近。(2)基于Zernike多项式的水下湍流随机相位屏模型,并通过高频补偿方式改善了Zernike多项式法生成法在相位屏的高频部分的不足。首先利用不同阶数的Zernike多项式之间的正交性,生成满足水下湍流低频统计特性的随机相位屏。并分析了不同阶数下Zernike多项式法生成随机相位屏的相位结构函数。在此基础上,将Zernike多项式法生成的随机相位屏与基于功率谱反演法的水下湍流随机相位屏进行线性组合,综合两种随机相位屏生成法在高、低频部分的优势。结果表明,当叠加系数为1时,叠加相位屏的相位结构函数与理论曲线最接近,补偿效果最好。同时,相比于功率谱反演法和Zernike多项式法的水下湍流模型,该改进的模型下拉盖尔-高斯光的水下传输光探测概率随传输距离变化的曲线更加接近理论值。