太赫兹波大气衰减的抛物方程模型

抛物方程是一种模拟电波传播特性的高效模型,但目前抛物方程模型在模拟电波传播时,主要考虑大气的折射效应而忽略了其吸收作用,然而太赫兹波的大气衰减较为严重。通过引入大气分子吸收的复折射率,实现了应用抛物方程模型计算太赫兹波的大气衰减。该模型考虑了大气压强、温度和水汽密度等气象参数随高度变化对大气衰减的影响,且能够针对不同地区和季节的气象条件对大气衰减进行计算,与真实环境更加符合。最后利用该模型仿真分析了0.14 THz波的传播特性,给出了传播损耗随距离和高度的变化,并与忽略大气衰减的结果进行了对比,结果表明抛物方程模型能同时体现太赫兹的大气吸收效应和多径传播效应。     

基于大气再分析资料集的太赫兹传输衰减计算

为精确计算太赫兹波大气传输吸收衰减,需建立太赫兹波传播路径模型,而后获取沿传播路径的相关变化大气参量,并通过国际电联(ITU)标准计算分段的吸收衰减值,最终进行累加计算得出总的大气衰减量值。受限于气象观测设备及手段,沿传播路径完整的大气参量难以获取。由于地球重力场产生的大气折射效应,电磁波在大气层中传播时其路径呈现曲线弯曲传播。基于区域大气再分析资料集基础数据转化的太赫兹波大气传输衰减精确计算方法,通过ITU标准这个桥梁,在气象数据和大气传输衰减间建立关联关系,最终运用在飞行器太赫兹波地面探测类工程技术上,以预估太赫兹波通信链路的大气吸收衰减值。     

一种计算红外辐射大气透过率的数学模型

从分析红外辐射在大气中传播的影响因素出发,分别给出大气吸收、大气散射和气象衰减的衰减系数,并计算出倾斜路程的海平面水平等效路程,最后给出一种计算红外大气透过率的数学模型.     

对流层大气环境对电磁波吸收衰减的影响分析

为了准确估计对流层大气环境对电磁波能量吸收衰减的影响,为电磁波发射测量装备进行作用距离估算、测控布设及辐射安全区设定提供理论基础,重点研究了对流层大气吸收气体对电磁波能量传播的衰减影响。依据国际电信联盟Rec.ITU-R P.676-9的建议及GJB/Z 87-97《雷达电波折射与衰减手册》给出的1～54 GHz电磁波大气衰减率近似估算模型、等效高度计算模型和等效路径折射模型,修订并完善了在对流层范围内跨等效高度的电磁波倾斜路径衰减量计算模型。仿真分析研究了不同大气压力、温度和水蒸气密度对衰减率的影响,以及不同传播仰角、温度和相对湿度对电磁波相同传播距离能量衰减的影响。     

次声波在大气中传播过程的衰减研究

该文以次声波为对象,研究其在大气中传播过程的衰减问题.根据温度、密度和压强的不同剖面建立非均匀介质的大气模型.采用WKB(Wentzel、Kramers、Bril-louim)近似方法求解出非均匀介质下的Helmholtz方程.通过该方法分析出次声波声场的分布,解决了次声波在对流层大气中衰减量的计算,并比较了不同地域影响次声波衰减的主要因素.     

复杂大气条件对微波传播衰减的影响研究

为了进一步提高大气对微波传播衰减影响的描述精度,为微波链路遥感反演大气新应用提供理论基础,该文系统性研究了大气主要吸收气体和各种大气粒子对微波传播的衰减情况。利用ITU-R模型计算大气主要气体成分对微波的吸收衰减,然后在降水粒子、云雾粒子和沙尘粒子的介电模型、形状、相态和谱分布的基础上,计算得到群粒子对微波的衰减特性,系统讨论降水强度、相态、含水量、谱分布、气压和温度等因素对微波传播衰减的影响。数值模拟结果表明,大气主要气体成分在60 GHz, 180 GHz和320 GHz附近存在强烈的吸收带,其衰减系数与水蒸气含量和气压呈正相关,与温度呈负相关;降水强度、谱分布、相态以及冰水比例对降水的微波衰减存在不同程度的影响,云雾的含水量和相态,沙尘的数密度、谱分布和含水量是影响微波衰减的主要因素,而温度的影响较小;大气各因素的衰减系数从大到小依次为爆炸沙尘、降水、气体吸收、水雾、冰雾和自然沙尘。     

非平行分层等离子体鞘套电波传播的复射线方法

基于损耗媒质的复Snell定律提出采用复射线方法研究电磁波在非均匀且非平行分层的等离子体媒质中的传播特性.该方法考虑非均匀平面电磁波的复射线(包括等幅度面的传播射线和等相位面的传播射线), 追踪电磁波复射线在每层媒质中的传播路径以及它们透过媒质分界面时的折射射线, 同时根据复射线的传播方向计算电磁波在每层媒质中的传播衰减, 数值累计整个传播过程中的传播衰减即可获得电磁波穿过等离子体鞘套的总衰减.由钝锥体仿真流场数据简化出非平行分层几何模型并采用复射线方法进行计算分析.计算结果表明:飞行器头部至尾部的传播衰减相差巨大且呈现迅速减小趋势, 非平行分层非均匀等离子体媒质存在某特定入射角, 能使传播衰减达到最小值.     

电磁脉冲在地表大气中的传播

利用传递函数的方法研究电磁脉冲在大气中的传播规律，通过数值计算比较了矩形脉冲在实际地表大气和真空中衰减的差别，对矩形脉冲和正弦波，不同上升、下降沿梯形脉冲的大气衰减特性也做了比较。数值结果表明，大气吸收衰减使脉冲传播的距离降低，由于大气对不同频率电磁波的吸收不一致，矩形脉冲、正弦波在大气中的衰减随距离交迭变化，具有不同频谱分布的脉冲在大气中传播也有差异。     

大气降水引起的电磁波的衰减

电磁波在对流层中传播时,不可避免地要受到各种大气微粒的影响而产生衰减,而大气降水是引起电磁波衰减的最常见也是最主要的原因。大气降水有多种形式,主要为降雨、降雪、雾等。分析了各种降水形式的影响,从理论上进行了推理计算,并且给出了衰减率计算的方法,最后以图的形式直观地展示了大气降水对电磁波传播的衰减。     

Ka频段卫星通信地空链路的大气衰减

在卫星通信系统的设计中,设计人员往往更关心降雨对电波传播造成的降雨衰减,而易忽略在一般情况下晴空大气对卫星通信地空链路微波传播的影响。但是当系统的链路余度较小、天线仰角较低的情况下,应考虑晴空大气造成的衰减。论述了 Ka 频段卫星通信链路大气衰减的计算方法,给出了计算结果,可供从事类似工作的相关人员参考。     

模型分析及测试方法计算大气调制传递函数

采用基于点扩散函数的模型分析和基于测试方法的MODTRAN计算两种方法,计算了大气调制传递函数。通过引入大气分层对调制传递函数的影响,给出一种大气折射率结构常数的综合计算方法,修正了大气调制传递函数模型,明确给出了模型中的参数及计算方法。利用MODTRAN软件计算大气调制传递函数的模型并给出了计算方法。以机载成像仪的工作环境为背景对模型进行了仿真分析,讨论了影响调制传递函数的因素,为评价大气对成像仪的影响提供了依据。     

低太赫兹频段ITU大气吸收模型伪线谱的修正研究

针对ITU建议书ITU-R P.676大气吸收模型在太赫兹频段误差偏大的问题,基于分子响应理论的大气模型（atmosphere model,AM）提出了一条低误差的、符合ITU模型规范的新伪线谱(new pseudo-line, nPL). 通过多目标粒子群算法对多参数进行拟合,设定多个目标函数,在尽可能不增大300 GHz以下大气吸收衰减计算误差的同时,减小了300 GHz以上太赫兹频段的误差. 结果表明:在标准大气压下使用nPL,使得ITU模型在900 GHz以内的大气吸收衰减计算误差得到了有效降低;在5～20 °C、0.6～1.0 atm条件下表现也较为良好. 本文所提的nPL模型提供了更精确的大气吸收衰减值,对未来太赫兹波的传输建模、仿真分析及系统设计均有指导意义.     

基于HITRAN的太赫兹波大气吸收特性

基于分子光谱数据库HITRAN中的谱线参数和传播理论得到了氧气分子、氮气分子和水蒸气分子的吸收系数,同时计算了氧气、氮气2种单组分气体以及水蒸气对太赫兹波辐射在1 km上的吸收衰减系数。在0.1 THz-1 THz频率范围内与ITU-R P.676进行比较,结果显示,2种结果吻合较好,尤其在吸收带。这也间接验证了本文计算方法在太赫兹波其他频段吸收衰减计算结果的正确性。     

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...     

1.064μm激光制导半实物仿真大气衰减模型研究

在激光制导武器半实物仿真系统中,激光大气传输衰减模型的精度直接决定着整个系统的仿真精度。为给出一种满足工程应用且较简单的、可用于1.064μm激光制导武器半实物仿真的大气衰减模型,基于战场背景环境,综合考虑大气组分的吸收和散射效应,依据天气状况将气溶胶对激光的影响分解为气溶胶(无云无雾情况下)、云、雾、雨、雪和战场烟剂6部分。应用大气对激光辐射的衰减规律,结合一些经验公式,建立了各部分的大气衰减模型。最后利用所建大气衰减模型,计算了几种典型天气条件下大气对激光传输产生的衰减,并与LOWTRAN7计算结果进行了比较和分析,结果表明所建模型是正确有效的。     

毫米波测云雷达回波的衰减订正研究

毫米波测云雷达探测云目标时,电磁波除了受到云目标衰减之外,还受到大气传输中氧气以及水汽的衰减,电磁波的衰减导致雷达观测到的回波强度小于云目标的实际回波强度,这种误差将影响云内结构的反演。因此,为了使毫米波测云雷达的探测数据正确地反演出云目标的宏观物理特征,必须对进行毫米波测云雷达工作频率下气象目标物的衰减进行订正。主要利用逐库衰减订正算法以及分级逐库衰减订正算法对英国Chilbolton 观测场94GHz 毫米波测云雷达的一次降水云观测结果进行了垂直方向的大气衰减订正研究,并比较逐库衰减订正算法以及分级逐库衰减订正算法间的反演差异。同时,利用国际电信联盟ITU-RP. 676-10 建议书中氧气以及水汽衰减订正公式进行了毫米波测云雷达探测数据的二次订正。分析和对比结果表明,衰减系数的变化对于云目标的宏观物理特征反演有着明显的影响,并且分级逐库衰减订正法的订正效果强于逐库衰减订正法。     

1.06μm激光的大气传输仿真研究

为了研究激光的大气传输特性,基于激光大气传输的一般模型,建立了激光传播到某一距离的功率衰减公式。采用定性定量的方法,利用MATLAB软件对模型进行仿真计算,分析了1.06μm激光大气传输的大气透过率以及到靶功率。结果表明,该模型对激光干扰空间探测器、清除微小碎片等提供了可靠的理论依据。这对于深入研究激光的大气衰减特性有一定参考价值。     

一种基于复数相位屏的强激光大气传输仿真方案

针对传统实数相位屏法中只能表征湍流扰动而不能综合表征强激光在大气传输时导致的能量衰减、湍流扰动和非线性热晕效应等困难,提出一种基于复数相位屏表征的强激光大气传输仿真方案。该方案采用复数相位屏的实部和虚部分别表征衰减和湍流、热晕作用,其中基于能见度特征综合描述大气吸收和散射的衰减作用(复数相位屏的虚部),基于流体力学的密度扰动方程描述湍流和热晕的联合作用(复数相位屏的实部)。本方案具有光场全路径跟踪、易参数控制的优点,能够为实现远场强激光传输特性的评估提供更加完善的理论基础。仿真结果表明,该方案与实际外场测量参数更加一致,具备半实物仿真及参数评估的可行性。     

红外辐射大气透射率求解模型的建立与分析

红外辐射大气透射率对目标辐射的测量精度影响很大。分析了红外辐射在大气中的传输衰减,建立了红外辐射大气透射率的求解模型。利用编制的红外辐射大气透射率计算程序研究了特定辐射路径下的大气透射率在一日内的变化情况,对不同气象条件和辐射路径下的大气透射率进行了计算,研究了大气温度、相对湿度、路径起始高度、辐射路程、天顶角对大气透射率的影响,并对计算结果进行了分析。计算结果对精确计算红外辐射大气透射率和研究气象条件、路径几何参数对红外辐射大气透射率的影响具有一定的指导意义。