典型地区大气气溶胶谱分布和复折射率特征研究

为了研究典型地区大气气溶胶的谱分布和复折射率的特性,综合运用了黑碳仪、能见度仪、积分浊度仪以及光学粒子计数器等仪器对大气气溶胶进行测量。根据球形粒子的Mie散射理论,利用各仪器测量的数据反演得到气溶胶复折射率,并分析了各个地区的粒子谱分布特征,消光系数和吸收系数随波长的变化关系。结果表明,新疆地区、天津地区、厦门地区及合肥地区的大气气溶胶折射率实部nr都在1.5左右,虚部ni分别为0.01、0.017、0.008和0.016。新疆地区的数浓度谱分布可以用Junge分布来描述,天津地区、合肥地区和厦门地区数浓度谱分布可以用Junge分布和对数正态分布来共同描述。最后还对四地区气溶胶消光和吸收特性随波长的变化关系进行描述,这对于研究气溶胶气候效应具有一定的参考价值。     

激光大气传输的雨雾衰减特性研究

各种特殊天气的影响是制约无线光通信发展的重要因素,雨雾等天气对激光信号传输的衰减影响很大。主要研究了各种雨雾天气对激光大气传输的衰减特性,根据Mie散射理论分析了精确计算激光信号衰减的方法,并对几种常用的雨雾衰减经验模型进行Matlab数值仿真,通过分析从中得出激光衰减系数和雨雾天气能见度的关系。     

激光信号在雨中的传输衰减

在观测激光信号在雨中传输时,其衰减比率随着雨滴的大小而变化,雨滴越小衰减越大.根据Mie理论和Joss等人雨滴谱分布,分析了粒子尺度及不同波长对激光散射的影响,并且计算了衰减效率因子与粒子尺度的关系,推导了光波在单球粒子和稀疏分布雨中衰减的计算公式,得到了衰减与降雨率之间的确定关系.通过数值计算发现:小雨粒子各个方向的散射光强明显大于大雨粒子的散射光强;前向散射光强随粒子半径的增加,整体呈现增加趋势,并出现了明显的上下震荡;激光信号通过雨介质传输时,小雨衰减系数较大,雷暴雨衰减较小.这解释了在实验中观测到的现象,激光信号在小雨中的衰减要比大雨中的衰减大.     

改进算法研究1064nm激光大气Mie散射特性

为了研究1064nm激光大气气溶胶粒子的散射特性,利用Mie散射累积相乘算法,对函数迭代式进行简化,减少存储数组,对无穷迭代进行有效截断,减少迭代次数.通过模拟得到单分系和多分系的散射分布特征,得出散射强度主要集中在前向小角度散射的结论,并讨论了散射光的偏振特性,得出散射光存在完全偏振光的结论.结果表明,改进算法具有收敛速度快、精度高的优点.     

改进算法研究1064nm激光大气Mie散射特性

为了研究1064nm激光大气气溶胶粒子的散射特性,利用Mie散射累积相乘算法,对函数迭代式进行简化,减少存储数组,对无穷迭代进行有效截断,减少迭代次数。通过模拟得到单分系和多分系的散射分布特征,得出散射强度主要集中在前向小角度散射的结论,并讨论了散射光的偏振特性,得出散射光存在完全偏振光的结论。结果表明,改进算法具有收敛速度快、精度高的优点。     

亚毫米波的大气传输研究

主要研究了在近亚毫米波段的大气传输特性。通过分析远红外区和毫米波区的大气传输模型，给出了亚毫米波段的大气传输模型以及加权项的表达形式，推导了以宏观气象条件为参变量的解析表达式，加权模型与实验数据基本吻合。在散射模型中，以气溶胶形式存在的粒子对同一波长的散射表现不同，提出了以粒子的统计分布均位代替一般的密度分布，从而提高了计算精度。模拟计算结果与实验分析是一致的。     

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。     

大气气溶胶粒子粒径分布激光遥测研究进展

激光雷达具有探测距离远、灵敏度高、精度高、响应时间快、实时监测等优点,已成为大气气溶胶遥测的重要技术手段,对于改善人类生活质量、预防疾病、环境保护、气象研究、军事等领域有着极其重要的作用。对气溶胶粒子基本特性和激光遥测气溶胶粒子粒径分布反演的基本原理进行阐述。重点介绍了国内外利用激光雷达遥测气溶胶粒子最新进展,并对气溶胶粒子粒径分布激光遥测的发展趋势进行简要总结。     

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。     

大气能见度对激光警戒系统作用范围的影响

运用米氏散射理论,计算了大气能见度分别为23、10和6千米,湿度为75％的都市郊区低空条件下,垂直于光轴的截面内直射光束的辐照度分布和大气散射光的最大辐照度分布,得到了合理的结果。     

降雨量对激光传输距离的影响分析

激光在近地大气降雨环境中传输时,易被雨滴散射和吸收,研究不同降雨条件下激光透过特性,为激光探测在目标探测系统中克服降雨因素的影响提供了一定依据。在Mie散射光学理论基础上,以韦布分布为雨滴尺寸分布模型,计算激光波束在雨中的传输衰减特性在降雨量不同时随距离的变化关系,分析在不同传输距离上5种典型降雨量对激光在水平传输路径上的衰减影响,并利用Modtran软件计算结果验证该计算结果的正确性。研究表明,激光透过率随着降雨量以及传输距离的增加而下降,且降雨量越大,在一定传输距离上下降速度越快。这些结论为目标探测系统在不同降雨环境中发射系统功率与接收系统精度的选择提供了一定的理论依据。     

基于激光透射模型的烟雾对可见光遮蔽能力分析

以烟雾遮蔽能力检测系统为平台,测试了常规烟幕黄磷在0.38～0.76μm可见光波段的全遮蔽能力(TOP),并通过粒度分析仪测量了黄磷烟雾随时间变化的粒度改变.在假设磷烟雾粒子为单分散系球形粒子的前提下,基于激光透射模型建立了全遮蔽能力的理论计算模型,并进一步推导了不同粒度情况下具有吸收指数的黄磷烟雾的TOP值,所得到的计算结果与实验值相近.结果表明.中等湿度、室温条件下,黄磷成烟后10～30 s内,粒径分布在0.5～3μm范围,并且随时问增加而减小,TOP值随粒径变小有下降趋势.     

激光大气传输透射原理及应用

分析了激光大气传输时的衰减过程,介绍了几种情况下的大气散射透射率.以典型的1.06μm激光为例,详细推导了其经大气吸收和散射后的透过率,在此基础上举例说明了运用激光透射规律所设计的一些装置及其应用.     

大气激光音像传输系统

分析了大气对激光通信的影响,将激光通信和音像多媒体技术结合起来,从短距离、小功率大气激光传输系统考虑,提出一种可行的发射系统电路设计方案.最后对系统进行联调测试,并对实验结果进行说明.用简单的方法实现了短距离音像信息的无失真传输,其结果对远距离、大功率激光通信大型系统的研究有一定的参考价值.     

应用激光侧向散射测量粒径分布的理论研究

提出一种新型的颗粒测量方法，基于Ｍｉｅ散射理论，从另一独特的视角接收大角度的侧向散射光，并建立新的理论模型，可使测量下限扩展，技术要求有所改善。结合目前已经成熟的半导体激光和ＣＣＤ技术，运用此原理可使颗粒测量仪器向更轻便、灵敏发展     

大气传输效应对红外成像仿真的影响

大气传输效应是制约红外成像系统的关键因素,从大气传输效应的几个方面进行了分析,研究了影响大气传输的几个因素的计算模型,并进行了相应的仿真,分析了大气传输效应对成像系统的探测距离带来的影响,指出在论证和研制红外成像系统的过程中,必须要考虑大气传输特性对其性能的影响。     

海水中悬浮粒子归一化体散射函数的研究

利用Mie散射理论计算了海水中悬浮粒子的归一化体散射函数。海水中悬浮粒子的尺寸分布采用双曲线模型。分别研究了分布函数的幂指数ξ、海水悬浮粒子的折射率n以及入射激光波长λ对海水悬浮粒子归一化体散射函数的影响,并对结果进行了分析。     

气溶胶粒径数密度谱的激光大气传输工程应用

气溶胶粒径数密度谱分布是激光大气传输计算的重要参量,鉴于气溶胶的时空变化和难于现场测量的特点,以实测数据为依据,从工程应用角度出发,使用数据拟合的方法得到气溶胶粒径数密度谱与能见度的函数表达式,并通过仿真计算验证该函数的实用性.