球面近远场和远近场变换算法

天线的远场对于研究天线辐射特性具有重大意义，近场测量技术因其能够避免直接测量远场而得到广泛应用，该技术采用近远场变换获得远场，然而，检验该远场的准确性也是很重要的.为了解决此类问题，文中以球面近场测量为例，提供了一种解决方案.该方案主要探讨了球面波模式展开理论，该理论是实现球面近远场变换算法的关键，其将待测天线在空间建立的场展开成球面波函数之和，天线的加权系数既包含了远场信息也包含了近场信息.因此，不仅能够利用近场测量信息获得远场辐射特性，同样能够利用远场辐射特性反推得到近场处电场，这样就能检验由近远场变换算法得到的远场是否准确.文中首先推算得到了近远场变换公式，随后进一步推算得到远近场变换的公式，最后将本文算法计算结果与FEKO测量结果进行比较，二者吻合良好，从而证实了本文两种算法的有效性.     

基于高效3D-MUSIC 算法的近场辐射源定位

本文提出了一种用于近场辐射源定位的高效3D -MUSIC算法。该算法首先假设信号源为远场源,得到有关近场信号源与假设的远场信号源的关系式;然后利用傅立叶变换与多项式根方法计算远场辐射源的仰角和方位角,建立近场辐射源的搜索路径,沿此路径用传统的3 D-MUSIC搜索,确定近场辐射源的位置;最后在该位置附近进行局部优化搜索,得到最佳结果。仿真结果表明,该方法精确定位,计算时间短,有效地提高了定位的实时性。     

稀疏重构混合源参数估计方法

针对近远场混合源定位问题,本文提出了一种基于稀疏信号重构的信源参数估计算法。该算法首先通过对接收信号的协方差矩阵进行稀疏重构估计出远场信源参数,接着采用协方差分离技术将近场源和远场源分离,最后利用均匀线阵的对称性和稀疏信号重构估计近场信源参数。该算法避免了二维谱峰搜索和近场源参数配对,也无需构造高阶累积量,降低了计算复杂度。仿真结果表明,该算法的空间分辨能力和混合源参数估计精度均高于基于子空间的混合源参数估计方法。      

舰载激光通信中大气对激光远场光强分布的影响

在舰载激光通信系统中,激光远场光强分布对系统通信质量的提高具有重要影响。利用所建立的激光远场光强分布模型和1.06 μm激光大气传输特性,研究了大气能见度对激光远场光强分布的影响。结果表明：在不考虑大气湍流影响的条件下,能见度越高,光强衰减越小;在只考虑大气湍流影响的条件下,传输激光的波长,大气折射率结构常数,对激光远场光强分布具有重要影响。     

基于未知源域重构的无相位近场测量技术

天线的远场对于研究天线辐射特性具有重大意义,由于远场的直接测量有着诸多限制,近场测量技术计算远场因其简洁准确的特点得到广泛应用. 然而,传统的近场测量技术要求获取近场区的幅度和相位分布才能发挥作用,随着天线频率的升高,人们想要在近场区获取准确的相位信息变得十分困难. 为了解决该技术难题,文中提出一种无相位近场测量技术. 利用一个封闭面上的幅度信息重建或猜测出包围待测天线的球面切向电场分布,并采用遗传算法进行全局优化,其最初为四组随机数据,经过数次优化后将逐渐接近准确结果. 仿真结果表明,本文方法能够在忽略相位信号的前提下,计算出准确的远场辐射特性.     

激光雷达观测斜程能见度反演方法

目前基于激光雷达测量能见度的反演算法可以较为准确地反演均匀大气条件下的水平能见度,对云雨雾等非均匀大气条件下斜程能见度的准确反演较为困难。为了准确探测复杂大气条件下的斜程能见度,分析了激光雷达探测大气能见度的反演算法,重点针对非均匀大气条件下能见度难以准确反演的问题,提出了一种将Collis斜率法与Klett后向法相结合的能见度反演迭代算法,适用于不同天气条件下不同倾角路径平均能见度的反演。利用车载式激光雷达系统对能见度进行了实际测量,实验表明:在均匀大气条件下,该迭代算法与广泛使用的Collis斜率法和Klett后向法完全吻合;对于非均匀大气条件,该迭代算法也可克服Collis斜率法和Klett后向法的局限,更为快速稳定准确地反演出需要的大气能见度信息。     

基于时域特性的远场激光制导信号能量仿真方法分析

结合激光大气传输的理论和激光野外测试,提出了基于等效测度的远场激光光斑能量/功率的能量特性模型测试和建立方法,并进行了相关仿真模块、模型设计.分析了影响远场激光信号能量的仿真计算的主要因素:激光光束的远场传输变换模型、大气传输影响模型(大气散射效应模型、大气能量吸收效应模型、大气湍流影响模型)、目标漫反射模型以及光斑抖动和背景能量仿真模型等,结合典型的运行过程给出了部分建模与仿真评估结果.最后,对影响远场激光制导信号能量仿真的影响因素进行了分析.     

基于重加权?1范数惩罚的远近场混合源定位算法

现有信源定位方法大多假定信源是远场源或近场源,而实际定位系统中往往存在远场源和近场源共存的情况。为实现远、近场源分离及高精度信源定位,本文在稀疏信号重构理论框架下提出了一种新的远近场混合源定位算法。该算法利用阵列协方差矩阵反对角线元素和重加权l1范数惩罚获得所有信源的到达角（Direction Of Arrival, DOA）估计。在DOA估计的基础上,根据远场与近场源距离参数位于不同区间的特点利用一维搜索实现远、近场源分离以及近场源距离参数的估计。从理论角度分析了重加权l1范数惩罚算法的重构性能。本文所提算法不仅同时适用于高斯和非高斯信号,而且无需多维搜索和参数配对,也无需信源数的先验信息,同时还可以获得较好的定位精度。计算机仿真结果验证了所提算法的有效性。     

激光通信系统在雾中传输的误码率计算方法

以分析激光在雾中的传输特性为基础,建立了激光在雾中传输的误码率计算模型,并计算了不同能见度及消光比系数下的误码率.仿真结果表明,在一定的信号光强和能见度的情况下,即使传输距离超出能见度范围,激光信号传输的误码率也比较低.因此,在雾中建立可靠的大气激光通信是可能的.     

激光雷达斜程能见度的一种探测方法及其分析

提出利用激光雷达多仰角探测方法对大气斜程积分能见度测量的方案.该方案以大气光学厚度替代传统的利用大气消光系数分布求解斜程能见度,从而克服了在低能见度下,由于大气多次散射,斜程能见度难以测准的缺点,提高了探测精度,为飞机起飞着陆提供了较为准确的气象参数.利用Monte-Carlo方法模拟计算了3种大气消光分布情况下采用该方法测量的积分能见度.结果表明：在激光探测区域内和垂直高度相同的大气消光分布均匀的假设条件下,只要在设计激光雷达时,恰当选择系统参数（如激光脉冲能量、积分累计时间、窄带滤光片带宽等）使得信噪比满足一定的条件,该方法是可行的,且能见度探测误差不超过4.3%.     

沙尘暴多重散射对激光脉冲传输的影响

根据光脉冲在离散随机介质中的传输理论,应用米氏理论和蒙特卡罗方法,研究了不同能见度情况下1.06μm脉冲激光在沙尘暴中的传输特性。得到了双频互相关函数的幅度和相位随相干带宽、脉冲时域展宽和延时随能见度的关系。结果表明,脉冲的展宽和时延随沙尘暴能见度的变化非常显著。当能见度为3~5 km时,多重散射对脉冲双频互相关函数、脉冲展宽和延时的影响已较明显。当能见度小于1 km时,对于1 ns的输入脉冲,其展宽大于10 ns,延时大于15 ns。因此,当沙尘暴的能见度较低时,必须考虑多重散射对激光脉冲频域及时域特性的影响。     

基于红外的微机器人集群自主通信转接控制方法

利用光子追踪法建立了大气直视信道模型, 仿真分析了信噪比(SNR)、比特率和能见度三者对自由空间光通信误码率的影响。选用1.55μm和10.6μm两个波长作对比分析, 结果显示两种波长的误码率随SNR的增大而减小, 随比特率的增大而增大。在能见度较低时, 10.6μm激光的误码性能优于1.55μm激光, 并且在低SNR和高比特率的情况下, 这种优势越发明显。在能见度较高时, 两种波长的误码性能相差无几。     

雾天多次散射对激光透射仪能见度测量的影响

为了分析雾天多次散射引起的激光透射仪能见度测量误差，结合激光大气透射仪的系统参量，基于平流雾和辐射雾分布模型，采用蒙特卡洛法对激光在雾中的传输特性进行了理论分析和数值模拟，获得了雾天透过率数据，并计算得到了多次散射引起的能见度误差。结果表明，在雾天气下随着空气中含水量的增多，多次散射越明显，透过率测量误差越大，辐射雾的透过率相对误差高达116.76%；同等条件下，当接收机直径为100cm时，辐射雾多次散射引起的能见度测量误差为19.30%；同时选取较小的接收机直径可以减小多次散射引起的能见度测量误差。因此, 在雾天应用激光透射仪进行能见度测量时，需考虑多次散射的影响。此研究结果对实际雾天气下激光大气透射仪能见度的测量具有重要的指导意义。     

激光在沙尘暴中的衰减特性研究

复杂环境中激光传输和散射特性是目标与环境光散射特性研究的基础。主要讨论了激光信号在沙尘中的传输衰减特性。根据Mie理论研究了具有一定粒径分布沙尘粒子对于激光信号的单次散射衰减特性，给出了不同分层沙尘粒子的平均散射截面、粒子平均反照率、平均不对称因子和平均相函数。利用四通量法和蒙特卡罗法研究了激光在分层沙尘大气中的多重散射和斜程传输衰减特性，并给出它们与能见度及高度的变化关系。最后，在考虑多重散射时，分别用以上两种方法数值计算了1．06μm激光在斜程沙尘大气中的衰减率，并与单次散射结果进行了比较。结果表明，能见度较低时，不考虑多重散射效应会带来较大的误差；在斜程沙尘大气激光传输时，随分层数增加，数值结果就越精确。     

不同能见度下激光测距仪最大测程的数值算法

为了定量地评估激光测距仪的最大测程,并快速掌握激光测距仪在不同能见度下的具体性能,提出了一种最大测程数值算法,即通过结合激光测距方程和大气透过率计算公式来构建并求解超越方程的方法,可完成最大测程的定量计算。在此基础上,又提出了比例计算法来完成不同能见度下最大测程的等效推算。根据算法原理,分别进行了数值模拟计算,并给出了最大测程与能见度的关系曲线。数值模拟结果表明,该方法可以方便准确地完成多种情况下激光测距机最大测程的计算,具有定量直观、计算精度高、使用方便等优点,为激光测距仪最大测程的检测与评估提供了一种新方案。     

大气湍流与气溶胶环境室内模拟方法的研究

在实验室内利用大气模拟池模拟了大气湍流作用,大气湍流的强度可以通过控制模拟池上下板面之间的温度差来调节。同时,在模拟池内模拟了PM2.5环境,利用颗粒传感器测量PM2.5的浓度值。由于大气能见度主要受PM2.5的影响,我们获取了北京某地区一段时间内的空气质量数据,对两者之间的关系进行数值拟合,并得到了两者之间的回归模型。将该回归模型应用到大气模拟池,计算模拟大气的能见度,并与气象局公布的北京市丰台地区的空气质量进行比对,检验模拟池对PM2.5环境模拟的准确性。该模拟池在湍流模拟的基础上,又对PM2.5环境进行了模拟,该方法可行、理论依据充分,为日后研究激光大气传输提供了可靠的室内实验平台。     

海上大气激光传输特性仿真研究

大气光学效应是影响激光器作用效能的重要因素之一。基于多层相位屏法,针对海上大气环境下激光水平传输做了大量数值仿真,通过在湍流相位屏上叠加热晕以及衰减引起的相位变化,综合考虑三者对激光传输特性的影响;分析了不同激光初始功率、不同折射率结构常数、不同能见度以及有无热晕情况下接收面处激光光斑半径,质心漂移均方根和环围功率比的变化规律。仿真结果表明:激光初始功率越强,热晕效应越明显,光斑畸变越严重,光束质量变差;折射率结构常数越大,湍流效应越强,光斑扩展与光束漂移现象越明显,平均功率密度下降,环围功率比增加;能见度越小,激光能量衰减越严重,环围功率比越大;热晕效应会加大光斑扩展程度,增加光束漂移量和环围功率比。研究结果可为海上大气环境对激光器作用效能评估提供一定的理论依据。     

一种激光便携式大气能见度、目标距离综合测试仪

本文介绍了一种单端收发的激光大气能见度、目标距离综合测试仪,研究了这种装置对于能见度测量的理论依据及其可行性,并提出了该仪器的设计总体思想。     

半导体激光器光谱特性测量

本文从可见度函数与光谱结构的关系出发,研究用Michelson干涉仪测量半导体激光器的光谱特性。方法简便、实用。