海上激光斜程传输的大气透过率研究

为了确定激光器的发射功率,研究了海上激光斜程传输的大气透过率.通过对海上激光大气衰减的分析,推导并计算了1.06μm激光斜程传输的大气透过率,绘出了10.6μm激光大气透过率与能见度及传输距离的关系图.最后得出了一些关于1.06μm和10.6μm激光海上斜程大气传输的数据和结论.这对激光武器的研究有一定参考价值.     

海面大气边界层内多波段激光传输效应研究

在沿海某地区的海面大气边界层中进行了距离分别为0.5 km、1.0 km和3.0 km的激光大气传输效应研究,通过对可见光(0.473 μm、0.532 μm和0.671 μm)和中红外(3.8 μm)波段激光传输实验测量,得到了海面大气边界层内多波段激光传输的光强起伏、光束漂移和大气衰减,此外,光传输光强起伏的频谱分析进一步揭示了不同波段的激光在海面上传输的独特性.     

CO_2激光大气衰减常数测量

本文对10.6μm激光大气衰减作了分析,认为10.6μm激光在大气传输时,以大气分子的吸收和气溶胶的散射衰减为主,大气分子的散射可以忽略。晴天时以吸收为主,阴霾天气时,由于气溶胶微粒密度很高,所以,以气溶胶衰减为主。介绍了在不同地区、不同气候条件下准确测量10.6μm大气衰减系数的方法,并利用这些方法,根据成都、昆明两地区的地域和气候条件,分别测量出了其大气衰减系数β。     

激光大气传输衰减的估算方法

在对影响激光大气传输衰减的主要因素进行分析的基础上,从分子和气溶胶衰减、雾的衰减、雨的衰减和雪的衰减等方面,深入研究了1.06μm和10.6μm激光的大气传输衰减的估算模型,并利用Matlab仿真软件分别对其进行了比较分析;最后对激光大气传输衰减的斜程修正问题进行了论述。     

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.     

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。     

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.     

大气对地基激光通信系统的信号衰减分析

激光通信具有频带宽、速度快、稳定可靠、不受外界电磁干扰以及保密性强等优点.地基激光通信系统受大气信道的影响严重,有必要对大气信道的特性进行研究和总结.本文从大气的组成及特性入手,分析了对流层大气对地基无线激光通信系统的衰减特性,定量给出了大气衰减的理论公式,针对理论公式参数不易获得的问题给出了以能见度为参数的大气衰减的...     

复杂地形下激光大气闪烁与衰减的同步观测研究

在湍流大气中传播的激光强度起伏(闪烁效应)与衰减,作为随机介质中波传播研究的重要问题,一直受到人们的重视.影响该领域进一步发展的主要因素在于:目前仍没有解决随机介质中波传播问题的普适理论;复杂地形下影响大气湍流的因素较多,使得实际大气湍流状态十分复杂.因此,系统地开展复杂地形下光传播的实验研究,不仅能满足工程应用的需求,而且对理论发展具有重要意义. 湍流大气中激光强度起伏的强度、概率分布及频谱特征等特性均已被广泛、深入研究,但这些特性与激光大气衰减特性间的关系,至今未见报导.为此,我们研制了一套激光大气闪烁与大气衰减同步观测测量系统,采用光电倍增管作为探测元件,建立了背景测量装置.在合肥地区进行了传输距离为500 m复杂地形条件下的系统实验研究. 我们对光强起伏的强度、概率分布、频谱特征以及激光大气衰减等特性进行了初步实验研究,发现在不同天气条件下,每天固定的某一时刻的光强起伏特性与大气衰减特性具有不同的变化趋势与规律,并对产生这一不同变化趋势的原因进行了探讨.(OG16)     

激光在临近空间中的传输特性研究

基于大气分层理论,分析了临近空间环境的特性,同时利用Beer定律和Markov模型分别对激光在临近空间中传输的衰减效应和湍流效应进行了计算和仿真。结果表明：O3分子的吸收、气溶胶粒子的散射和高空大气分子的散射是造成激光衰减的主要因素,30km高空以上激光已很少受到湍流效应的影响,并且常用的1.06μm激光比10.6μm激光的光强闪烁小,更适于在临近空间中进行传输。     

1.06μm激光大气衰减系数理论计算模型研究

气溶胶的复杂性及难以现场测量性造成了1.06 μm激光传输特性与气候、地域密切相关且难以计算.在经典大气传输理论模型的基础上,提出了1.06 μm激光大气衰减系数理论计算模型的构建方法,将理论计算与实际天气情况相结合,实现了1.06 μm激光衰减特性的实时计算,简化了激光大气衰减特性的工程计算.通过绥中地区不同能见度下激光衰减系数的实测实验,得到了2.5 km、3 km、5 km、10km、12 km、14 km、20 km七种能见度下的1.06 μm激光大气传输衰减系数,构建了绥中地区激光大气衰减系数理论计算模型,验证了该方法的可行性.     

高分七号星载激光测高仪在轨几何检校与精度评估

高分七号卫星（GaoFen-7, GF-7）搭载了我国首台正式用于对地观测的星载激光测高仪,其测高精度备受国内外关注。文中系统性介绍了基于地形匹配、单片足印影像以及地面探测器阵列的3种检校方法,并利用同一地区GF-7星载激光数据,分别进行不同检校试验与验证,对比和分析3种不同检校试验后GF-7星载激光测高仪的高程测量精度。结果表明,基于地面探测器阵列的检校方法精度最高。以高精度机载LiDAR点云作为地面验证数据,GF-7星载激光测高仪经检校后波束1精度达到0.177 m,波束2为0.157 m;受限于检校所用的参考数据精度不足,其他2种检校方法精度相对较低,测高精度达到0.8 m。     

激光测高仪接收信号波形模拟器

分析了激光测高系统中接收信号的建立过程及其相关物理量;在忽略大气对激光脉冲的影响下,推导出接收信号和目标响应函数的理论模型,表明了接收信号可以看作是发射信号与目标响应函数的卷积。以现有的测高系统(GLAS)为例,采用网格划分的方法,将目标模型离散化,进而模拟出不同观测角及目标模型情况下的接收信号波形。同时将模拟波形的输出参数与测高仪理论计算得到的参数进行了比较,结果发现:模拟接收波形的脉宽与理论计算的脉宽吻合度达99.5%;模拟波形的总光子数与国际上GSFC模拟器得到的总光子数仅相差0.4%;脉冲重心对应的高度值与实际设定的高度值仅相差1%。从而验证了该方法的正确性和可靠性。     

星载激光测高仪大气传输延迟对测距精度的影响

地球表层的大气折射可对激光测高仪的激光脉冲传输造成延迟,该延迟对激光飞行时间的测量精度以及地球表面三维轮廓的监测造成显著影响.因此,激光测高仪测距精度需要通过大气传播误差函数进行修正.着重讨论了激光脉冲基于天顶延迟的计算方法和相关映射函数模型的选择,并采用NMF连分式映射函数分别对干项和湿项进行计算.结果表明,在1.0...     

地球科学激光测高系统大气延迟修正算法

为了对大气传播延迟误差进行修正,达到精确测量的目的,推导了天顶延迟的理论计算公式;在大仰角情况下提出了一种简化的映射函数,并把它与连分式映射函数进行了比较。以地球科学激光测高系统在南极的观测数据为依据,分析得到该系统的平均大气延迟量为2.35m,修正误差控制在12mm以内。结果表明,在大仰角情况下,两者对总延迟的影响差异不超过0.1mm。总的延迟量可以通过天顶延迟和映射函数计算得出。     

基于地面红外探测器的星载激光测高仪在轨几何定标

高精度在轨几何定标是星载激光测高仪有效应用的基础,在参考国外冰、云和陆地高程卫星（Ice,cloud and land Elevation Satellite,ICESat）卫星搭载的地球科学激光测高系统（Geo-science Laser Altimeter System,GLAS）几何定标的基础上,提出了一种基于地面红外探测器的星载激光测高仪几何定标方法。采用资源三号02星上搭载的国内首台试验性对地观测激光测高仪的真实数据开展了实验验证。实验结果表明:地面红外探测器能有效捕捉到激光测高仪对地发射的激光信号,几何定标方法能有效消除指向角的系统误差项,标定后平面绝对精度可提高到15.0 m左右,而华北某地高精度地形数据验证表明其绝对高程精度可提高到1.09 m,少量点高程误差小于0.5 m。虽然精度水平离国外GLAS还有一定差距,但相关结论能为后续国产激光测高卫星的优化设计、数据处理与应用提供参考。     

椭圆高斯足印对星载激光测高仪测距值及其误差的影响

光束空间分布是影响星载激光测高仪测距指标的重要因素。根据星载激光测高仪接收脉冲回波分布特点,通过对椭圆高斯足印及线性目标的理论建模,基于接收脉冲回波信号时间重心及其方差的基本定义,构建了椭圆高斯足印对星载激光测高仪测距值及其误差的影响模型。以GLAS星载激光测高仪为输入条件,利用数值仿真分析的方法,针对倾斜度和粗糙度分别为（3,1.7 m）、（12.5,8.9 m）和（28.2,14.5 m）的三种典型观测目标,系统论述了椭圆高斯足印的椭圆率与方位角对测距值及其误差的影响规律。结果表明,激光测距值基本与椭圆高斯足印的椭圆率和方位角无关,其测距值余量最大值不超过1 mm,但是,激光测距误差会随着椭圆高斯足印的椭圆率和方位角的增加产生起伏变化,其测距误差余量最大值达到了47.04 cm。所得结论对于星载激光测高仪的硬件设计和性能评估具有一定实际应用价值。     

星载激光测高仪海洋表面回波计算的理论模型

不同地表目标的模拟回波波形对测高仪系统参数设计具有重要意义,而海洋回波参数在Tsai之后很少被研究。根据菲涅耳衍射理论、海洋表面镜面反射性质以及海洋表面波高和斜率的统计规律,推导出与Tsai结果不同的近天顶方向入射时星载海洋测高仪探测器输出的回波解析表达式和回波总光子数;并用该推导结果建立了适用于激光测高仪亚毫弧度量级发散角的回波解析式。将模拟波形与地球科学激光测高系统(GLAS)真实海洋回波做对比,其能量、脉宽、振幅和形状都非常接近,误差均小于6%;分析得出海洋测高仪回波与测高系统参数和海平面上方平均风速有关,以GLAS参数为例,在风速大于12m/s的条件下将很难收到有效海洋回波。该结论对海洋激光测高仪的系统设计参数及海平面上方风速的反演提供了重要的理论依据。     

大气中激光通信技术

文中介绍了光通信的历史、发展和分类,阐述了大气中激光通信的工作原理、重要器件和关键技术,以及大气中激光通信存在的问题。分析了大气通信中能量衰减的原因,提出了减小衰减的方法。研究了目前国内大气激光通信的应用现状,构思了实现大气激光准全天候通信和移动通信的蓝图,展望了未来大气激光通信的前景。