基于非球形雨滴的降雨对激光传输衰减的影响

为了进一步确定降雨对激光在大气中传输衰减的影响,将雨滴的非球形效应考虑在内,在雨滴的近似椭球模型、归一化谱分布的基础上,利用射线追踪法计算群雨滴在可见光和近红外波段的散射和衰减特性,讨论分析雨滴谱分布和降雨强度对可见光和近红外波段激光传输衰减的影响。数值模拟结果表明,不同谱分布的群雨滴散射能力从大到小依次为JD、MP、Gamma和JT分布;激光衰减不仅受降雨强度的影响,也与雨滴的数密度有关,数密度越大,激光衰减越大;而形状对群雨滴的影响较小。所得出的结论有助于准确评估降雨对激光传输的影响以及改善激光传输、通信和激光测风等应用。     

近红外波段气溶胶的消光特性研究

在已知大气气溶胶折射率和气溶胶谱分布的基础上,对近红外波段的气溶胶消光特性进行了研究。利用Mie散射理论计算并讨论了气溶胶的消光、散射、吸收效率因子随尺度参数的变化和消光系数随半径和波长的变化,并且在MATLAB中对各种变化情况进行了仿真。结果表明,三种气溶胶粒子的消光和散射能力依次为沙尘性粒子,水溶性粒子,烟煤。消光系数在粒子半径和入射波长相近时达到最大,并且粒子半径对消光、散射、吸收系数的影响比入射波长更明显。这些结论可以为红外辐射在大气中的衰减计算和分析提供依据。     

辐射传输方程中的单次散射参数计算

根据米氏(Mie)理论,计算了多分散球形气溶胶粒子的单次散射特性。粒子的尺寸分布为伽马分布,有效半径分别为5.56,7和11μm,分析了0.4～100μm光谱范围内气溶胶粒子的平均消光系数、平均散射系数、单次散射反照率、不对称因子以及相矩阵与粒子的尺寸参数以及折射率的关系。结果表明,在可见光波段,粒子的有效半径对粒子的散射特性影响较小,在更长的波段上其影响较大;单次散射反照率在可见光范围内近似为1,随波长的变化和水滴折射率虚部随波长的变化曲线正好相反,这说明影响其大小的主要因素为粒子的折射率,即虚部越大则反照率越小;且极化率对粒子的尺寸比相函数更敏感。     

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。     

可见光波段非球形沙尘气溶胶散射和辐射特性的理论模拟

将非球形沙尘气溶胶视为具有一定的尺度谱和形状分布的随机取向椭球粒子群,利用T矩阵和改进几何光学方法（IGOM）模拟了非球形沙尘气溶胶粒子在可见光波段（0.47 ）的散射特性,并与实验室测量结果和等体积球形粒子的计算结果进行了比较。结果表明：利用具有一定的尺度谱和形状分布的随机取向椭球粒子模拟自然界中的非球形沙尘粒子散射特性是行之有效的;用等体积球形粒子得到的单散射相矩阵（特别是单散射相函数）与椭球粒子相比,具有明显的差异,而粒子形状对单散射反照率、不对称因子和消光效率的影响明显偏小。通过比较椭球和球形沙尘气溶胶在可见光波段的辐射特性说明在计算非球形沙尘气溶胶辐射特性过程中应考虑粒子形状对其单散射特性的影响。     

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。     

黑碳-氯化钠内混合气溶胶粒子有效吸收研究

内混合气溶胶粒子的有效吸收对激光大气传输有着不利影响。以黑碳和氯化钠两种典型成分为例,计算了密度和比热相同情况下,均匀球和分层球模型粒子的有效吸收系数。研究结果表明:有效吸收系数大小与粒子组分混合方式有关。在粒子吸收热量加热大气过程中,黑碳为核的粒子在可见光和近红外波段有效吸收系数更大;均匀球粒子在中红外波段和远红外波段（100 s后）有效吸收系数更大,而氯化钠为核的粒子在远红外波段（前100 s）有效吸收系数最大。     

激光在大气中传输衰减特性研究

激光在大气中传输特性的研究是激光探测与制导、激光通信等光电系统设计中的一个主要问题.利用衰减的经验模型和Mie理论,分别计算了不同大气能见度下的霾粒子对激光大气传输产生的衰减,并对这两种方法计算的结果进行比较分析;再根据Mie理论和云雾的尺度分布模型计算了云雾的激光衰减.结果表明,在近红外波段对于对流层大气中霾粒子的衰减预测应用Mie理论计算更合理;云雾引起的衰减一般较大,并且随着能见度的减小,衰减增加较快.因此,当Vb＜15km时,霾引起的衰减需要考虑;当Vb较小时,云雾的激光衰减是限制系统性能的主要因素.     

CO2激光的大气传输特性

综合分析了影响CO2激光大气传输的一些关键因素,包括大气分子和气溶胶的散射及吸收,与其他波段激光的大气衰减相比较,并对CO2激光的大气传输特性进行了系统的分析与归纳,得出了CO2激光的实际应用性结论.     

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。     

雾对光波的作用机理探讨

由于电磁辐射与介质相互作用的散射原理,从而影响了光波传输．简要计算分析了雾的消光性能及水雾对光波的衰减作用,运用了米氏散射公式和朗伯-比尔定律及对应的相关曲线,分析了水雾对可见羌、红外、激光传输的影响．     

沙尘在FSO常用红外波段的散射特性研究

研究红外波段沙尘的散射特性对自由空间光通信（FSO）具有重要的理论意义。针对FSO常用的几个红外波长,采用Mie理论对激光在不同沙尘粒径下的散射特性进行了分析;基于粒子尺寸的对数正态分布模型,计算了沙尘条件下红外波段（0.76~10.6 m）激光的传输衰减率。结果表明:在沙尘条件下,7.4~8.0 m这一波段附近的传输衰减最小,并且明显低于其他波段。因此,可以选用7.4~8.0 m这一波段的激光进行沙尘条件下的激光通信,其传输性能会明显优于其他波段。最后,以波长1.064 m为例,分析了能见度随粒子浓度的变化关系,并与蒙特卡罗方法的计算结果进行了比较。     

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.     

红外波在沙尘暴中的后向散射增强

为了提高沙尘暴中红外系统的精度,应用电磁波在离散随机介质中传播的多重散射理论,分析红外波在沙尘暴中传播时的后向散射增强机理,给出了沙尘暴单位体积的粒子数随能见度变化的关系式,对于可见到远红外波,研究其在不同能见度的沙尘暴中传播时的多重散射效应引起的后向散射增强。结果表明对于不同波长的波,其后向散射增强不同。沙尘暴的能见度越低,后向散射增强越显著。不同类型的沙尘暴,粒子尺度分布不同;在一定能见度时,单位体积中粒子数越多的沙尘暴,后向散射增强越大;在一定的粒子数密度时,含大粒子数越多的沙尘暴,后向散射增强越显著,尤其是波长较长波的后向散射增强更明显。即,沙尘暴的能见度越低,单位体积中的粒子数越多,包含较大粒子数目较多时,后向散射和增强就越显著,则对红外系统的影响就越严重。     

基于红外探测技术的嵌入式智能监测平台研究

在实际照度较低的环境中，可见光波段的CCD摄像机获取的图象模糊不清，影响监测精度。而采用散射光小，穿透能力强的红外CCD，则可以显著改善图象质量，从理论上分析了Rayleigh散射，Mie散射，无选择散射对监测的影响，讨论了红外波段CCD的反射系数、透射系数与波长的关系。实验表明：监测采用红外波段可显著提高空间分辨率、穿透性，且能有效抑制光线散射造成的影响。     

基于MODTRAN的光波大气透射率模型设计

由于红外辐射等光波在地球大气中传输会受到大气吸收、散射等作用的影响,因此研究光波在大气中的传输特性成为了一项重要的课题。本文主要通过对可见光和红外波段光波在大气中传输机理的研究,建立透射率模型来反映大气对光波传输的衰减作用。通过仿真计算出各个波段的光波在大气中传输的衰减结果,并利用MODTRAN软件计算结果对透射率模型进行比较分析。研究结果表明：透射率模型和MODTRAN软件仿真所得光波的透射率都在40%~100%之间变化,且变化曲线趋势一致性较好。所得结果真实有效,对工程实际有一定的作用。     

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。     

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...