激光信号大气散射探测分析

有些应用场合需要利用大气气溶胶对激光的散射来探测激光。在都市郊区大气模型条件下,利用米氏散射理论,对1.06μm激光在低空大气中传输时散射辐照度的分布进行了理论分析和数值计算。得到激光大气散射辐照度随离轴距离的增大近似按反比规律缓慢下降、能见度仅影响散射强度的大小而不影响散射强度的分布等特征。这些特征在激光散射实验中得到了初步的验证,可为激光信号的散射探测提供理论依据和参考。     

非视距大气散射光通信最优化链路分析与设计

提出平均散射相函数,更为准确地反映了云滴粒子的角散射强度分布特性;基于概率论和随机迁移理论,以马尔可夫数据链的形式建立多次散射随机分析模型,借助蒙特卡罗仿真得到给定通信几何构架下的非视距大气光散射链路路径损耗特性;针对大气链路中有无云存在两种实际,从大气气溶胶散射和云散射两个方面分析非视距大气光散射链路的最优化通信构架设计;通过模型仿真结果与实地实验数据的对比验证了分析的合理性。结论与波长相关,实验及仿真均采用808nm波长的激光二极管(LD)作为光源。     

激光大气散射离轴探测分析

利用Mie散射理论,通过数值计算得到了1.06 μm激光在低空大气中传输时的散射特性;不同尺度参数的粒子的散射光强分布相差极大,随着尺度参数的增加,散射光强越来越集中于前向;复折射率的变化对散射光强影响不大.通过对大气散射的辐照度理论分析和数值计算,得到大气散射的辐照度随离轴距离的增大而近似按反比规律下降的特征;同时,对不同能见度下的散射辐照度进行了数值计算,能见度的不同只影响散射强度的大小,而不影响散射强度的分布.不同散射点的散射光到达探测器所需的时间不同,延迟时间与离轴垂直距离和探测角呈简单的线性关系,这些特征为激光散射离轴探测提供了理论依据和参考.     

大气散射对激光角度欺骗干扰影响的研究

根据光的粒子性,用蒙特卡罗法构建单个光子在大气传输中的散射模型,研究大气散射对激光角度欺骗干扰效果的影响.结果表明:①非对称因子、大气传输距离和消光系数等对干扰脉冲信号强度有不同程度的削弱,散射产生的迂回路径延迟了干扰脉冲到达导引头探测器的时间.②激光干扰脉冲在大气散射作用下脉冲展宽效应不明显.     

雾粒子散射对激光制导的影响研究

为了研究雾粒子散射对激光制导的影响,提高制导武器的制导精度。基于Mie理论,考虑粒子尺度分布函数,得到了群体粒子散射模型,在该基础上,建立了目标方位偏差角与散射光强的关系式,从粒子散射的角度分析了粒子散射光强对回波信号的影响。计算表明,大气粒子在一定的尺度分布状况下的后向散射光强对回波信号的影响比较明显。该研究结果为大气微粒后向散射对制导的影响研究提供了参考。     

1.06μm激光大气散射模型研究

运用米氏散射理论,分析了单个粒子散射特性,建立了1.06 μm激光近地面大气传输散射模型.通过该模型的仿真计算,得到了不同离轴距离条件下,探测方向与散射照度的变化关系曲线;不同气象能见度条件下,散射照度随离轴距离的变化曲线.散射照度不仅与气象能见度有关,而且与激光传输距离也有很大关系.使用实测数据对模型进行了校验,结果表明,实测数据与模型计算数据能够较好地吻合.     

大气气溶胶对激光传输衰减的影响研究

在大气气溶胶类型、谱分布的基础上,利用Mie散射理论计算气溶胶在可见光和近红外波段的散射和衰减特性,讨论分析了大气气溶胶对可见光和近红外波段激光传输衰减的影响,计算结果表明,激光传输在很大程度上受粒子的折射率和谱分布的影响;不同类型气溶胶粒子具有不同的折射率和谱分布参数,从而决定了其具有不同的散射和吸收特性;气溶胶粒子的数密度越大,其衰减和散射能力就越强,对激光传输的衰减也就越大;但前后向散射的不对称性只与气溶胶谱分布有关,与数密度无关.所得出的结论有助于准确评估大气气溶胶对激光传输的影响以及提高激光传输、通信和激光测风等应用.     

大气气溶胶粒子散射相函数的数值计算

大气气溶胶粒子作为大气电磁环境的重要组成成分之一,在紫外、可见到红外波段内严重影响电磁波的传输特性。散射相函数是研究气溶胶中电磁波传输特性的一个重要参量,依据粒子电磁散射理论,数值计算了球形和椭球形气溶胶粒子在红外波段给定波长入射时散射角余弦的一阶矩,给出了气溶胶粒子HG相函数和改进HG*相函数的数值结果,并将球形气溶胶粒子的这两种相函数和Mie散射相函数进行了对比。结果表明:随着波长的增加及气溶胶粒子尺寸参数的减小,HG*相函数能更好地体现红外波段气溶胶粒子的散射特性。相函数的准确计算可为研究气溶胶中红外激光的传输特性奠定基础。     

近地大气532 nm激光散射的实验与计算

通过实验测出532 nm激光在近地大气的角散射系数,对Junge和Deirmendjian两种模型的气溶胶系统在不同的系统参数、不同的折射率的情况下的散射相函数进行了计算,发现与实验所测得的曲线有明显的差异,这两种模型都不存在散射次极峰.通过对不同半径粒子的散射相函数的计算,说明实验所测的气溶胶系统在粒子尺寸较大的区间的密度要比Junge和Deirmendjian两种模型的密度要大得多,在假定大粒子服从正态分布的前提下,拟合出了气溶胶的分布函数.     

大气散射对合成孔径激光雷达回波信噪比的影响

回波信号功率是影响雷达探测分辨率的重要因素.结合大气散射对激光传输的影响,建立了波长为200～1200 nm的激光传输中大气散射衰减的数学模型,并埘该模型进行了仿真分析,得出激光大气传输过程中大气散射作用对激光衰减及其回波信噪比影响的规律.     

大气气溶胶红外散射透过率计算研究

红外辐射在大气中传播时大气气溶胶散射是能量衰减的原因之一.通过考虑气溶胶密度随高度变化,结合大气能见度参数,建立了红外线在水平均匀传播和斜程传播下的大气气溶胶散射透过率计算方法.水平均匀传输下,在中长波波段对大气气溶胶散射透过率采用常规积分求均值方法计算,与采用波长中值的工程计算公式结果对比,表明工程计算公式具有足够的...     

水包冰球包层粒子散射特性的研究

基于Mie散射和Aden-Kerker散射理论,利用Matlab仿真模拟工具,分析了水包冰球包层粒子在红外波段、太赫兹波段及毫米波段的散射特性。研究表明,水包冰球包层粒子在这三个波段的散射能力与包层粒子的内外径比有很大关系,水包冰球粒子的复折射率在三个波段随着频率的增大呈线性变化,但在毫米波段的实部变化不大;随着包层粒子的内外径比的不断增大,其散射强度、散射参数在红外波段和太赫兹波段不断增大,在毫米波段则减小。研究结论可对红外波、太赫兹和毫米波的气象应用以及相关检测技术提供参考。     

不同类型降水对毫米波传播特性的影响研究

为了提高复杂降水条件下毫米波传播衰减的评估精度,通过分析多个地区的降水谱特征,得出具有代表性的层状云降雨、积层混合云降雨、积雨云降雨以及干雪、湿雪的谱分布参数,然后结合降水粒子的形状、相态、介电模型,计算降水体目标在毫米波波段的散射特性.结果表明,降水强度不是唯一影响毫米波传播衰减的因素; 降水粒子相态、谱分布、入射波频率和温度等对毫米波传播特性均有不同程度的影响,其中谱分布和数密度是影响降雨对毫米波衰减的主要因素; 冰水构成比例是影响降雪对毫米波衰减的主要因素; 不同相态的降水,尤其是干雪、湿雪和雨对毫米波传播影响的差异较大; 而温度的影响较小.并建立了考虑谱分布和温度的降水衰减模型.     

太赫兹波段信号在雾中的传输特性研究

太赫兹（THz）波提供的通信带宽和容量远大于毫米波。与可见光和红外光相比,THz脉冲的波长较长,在随机介质中传播时,不但会发生时域和空域的形变,介质中的粒子还会对入射波发生散射,这些都会使得脉冲信号发生衰减。根据Mie理论与随机离散分布粒子的波传播与散射理论,计算了THz波信号入射下雾滴粒子的消光系数,分析了不同THz波波长下,雾滴粒子消光系数随粒子尺寸的变化。结合雾滴粒子谱分布,考虑粒子群的平均体系散射特性,得到了不同波长下的平均反照率与相函数。最后分析了THz波段信号在不同能见度雾中的传输特性。结果表明:大气环境中,雾对THz波产生的吸收和衰减不容忽视,不同THz信号的水的折射率虚部的变化严重影响了THz信号在雾中的传输。     

粒子跟踪法求毫米波雨衰减

根据多重散射的解析理论,利用粒子跟踪法研究了毫米波在离散随机介质中的传播与散射。在考虑多重散射效应的情况下,数值模拟了毫米波段的降雨衰减。理论计算与实验结果相一致。     

多波长激光的大气消光系数相关性及实时反演计算研究

利用Mie散射理论并结合激光多点断层测量技术,得到了不同波长消光系数之间的相关关系.使用自主研制的激光遥感式后向散射能见度测量仪,利用实测数据得到了波长为1.06μm激光的大气消光系数,进而利用不同波长消光系数间的相关关系实时反演计算了波长为0.532μm、0.86μm、1.57μm和3.47μm激光的大气消光系数,并与实测波长为0.532μm的大气消光系数进行了比对,结果表明可以使用大气消光系数相关性实时反演计算红外辐射大气传输并建立红外辐射实时大气传输修正模型.     

海洋气溶胶红外偏振散射特性及校正研究

红外偏振系统探测远距离海面目标时,海洋气溶胶的散射使得成像质量退化严重,由于散射作用导致目标与背景难以区分。本文针对气溶胶散射对红外偏振光退偏特性问题,以气溶胶Mie散射模型为基础,推导得到散射退偏模型。然后,根据不同气溶胶的粒子谱分布,在对大气透过率和红外偏振系统同时校正的基础上,建立散射退偏校正模型,研究了气溶胶散射对不同尺度因子,不同散射角和不同散射光矢量的影响。根据对实验图像分析,在经过本文所提出的经散射校正和红外偏振系统校正后图像的质量有了明显提高,该方法能够较好的校正大气气溶胶散射对红外偏振光所带来的影响,更准确反映出目标与背景的偏振特性,对于红外偏振目标检测与识别具有重要意义。     

Multiple Scattering Solution of Millimeter Wave Propagation in Strong Sandstorm

As the operating frequencies of communication systems more higher into the millimeter wave range, and the density of particles in medium is more denser, the effects of multiple scattering in sandstorm become more significant. This paper treats the problems of electromagnetic multiple scattering in strong sandstorm by the Monte Carlo method. Based on the analytical theory of multiple scattering, the millimeter wave propagation and scattering in discrete random media are investigated by means of the particle-tracking technique. The millimeter wave is regarded as a Markov chain of wave particle collisions in a medium in which it is scattered and absorbed. Considering the effect of multiple scattering, millimeter wave attenuation induced by strong sandstorm is simulated numerically. The values of theoretical calculation are in good agreement with the measured results of simulated experiment at 34 and 93 GHz.     

红外波段气溶胶粒子光学特性的数值计算

气溶胶是大气电磁环境中的重要组成部分,气溶胶粒子的光学特性是研究红外遥感、目标探测等激光传输特性的一个关键问题。依据粒子电磁散射理论,利用离散偶极子近似方法对不同形状、不同成分气溶胶粒子的光学特性进行计算,得到气溶胶粒子散射截面、吸收截面及不对称因子等光学特征量在0.71～11μm波段的数值结果。结果显示:入射光波长、气溶胶粒子折射率及气溶胶粒子形状是影响气溶胶粒子光学特性的主要因素。散射截面、吸收截面及不对称因子等光学特征量的数值结果也为研究气溶胶中红外激光的传输特性提供了参考依据和计算方法。