沙尘暴对太赫兹波传播的影响

为研究太赫兹波在沙尘暴中的传播特性,应用Mie散射理论研究了太赫兹波段沙尘粒子的散射特性,得到沙尘粒子的散射效率因子、消光效率因子和吸收效率因子随粒径、太赫兹波长的变化关系。基于沙尘粒子尺寸的对数正态分布,数值计算了沙尘暴的太赫兹衰减。研究结果表明,沙尘的衰减随能见度的增大而减小,波长越小,沙尘暴引起的太赫兹波衰减越大;波长为40 μm时,沙尘暴对太赫兹波传播影响最大,浮尘对太赫兹波传播影响最小。低能见度沙尘暴对太赫兹波传播影响明显。     

沙尘暴多重散射对毫米波衰减影响研究

根据随机介质中电波传播理论,应用等效介电常数法和Mie理论,研究毫米波在沙尘暴中传播的衰减;并应用Monte Carlo方法,研究沙尘暴大气中毫米波多重散射对衰减的影响.分别得到了单次散射和多重散射时沙尘暴引起的毫米波段几个大气窗口频率的特征衰减,及随沙尘大气能见度和沙尘粒子水含量的变化关系.结果表明,当能见度小于1 km时,随着能见度的减小,特征衰减增大很快,多重散射的影响也愈来愈大.衰减随含水量的增加而增加,尤其当沙尘粒子水含量大于1%时增加较为显著.因此,对于预测自然沙尘暴大气对毫米波的衰减,当能见度小于1 km时,必须考虑粒子的多重散射效应.当沙尘粒子的水含量超过1%时,需要考虑水含量的影响.这些研究对民用和军用通信、遥感等系统的开发和应用均具有重要的实际意义.     

磷化铟粒子散射强度的计算与分析

根据Mie氏散射理论,给出了粒子散射场强度的计算公式,得到了散射强度与散射角及入射波长的关系以及散射强度与参数X的关系.结果表明,粒子的前向散射占优势;入射波长越小,散射越明显;红外区的散射强度接近零,该结论对磷化铟材料光学特性的研究和应用具有指导意义.     

太赫兹波在沙尘中衰减特性

为了研究太赫兹波在沙尘大气中的衰减特性,根据Mie散射理论计算了单次散射情况下沙尘粒子不同尺寸参数下的散射效率因子和不同散射角下的散射相函数值。并得到了具有一定尺寸分布的沙尘粒子的单位距离衰减和能见度的关系曲线。还利用Monte Carlo方法对太赫兹波在沙尘中的多次散射特性进行了模拟计算,分析了不同能见度和不同沙尘类型对太赫兹波传输过程中能量损耗的影响。结果表明:单次散射条件下沙尘粒子的散射主要受尺寸参数影响;沙尘能见度较低时必须要考虑多次散射的影响。研究结果对太赫兹技术在大气环境监测和烟尘和风沙的探测等方面的应用具有参考价值。     

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。     

沙尘暴对红外辐射的消光特性分析（特约）

基于Mie散射理论和Monte Carlo方法,分析了国内七种模态沙尘暴对0.86~20 μm波段红外辐射的消光和衰减特性。研究结果表明:对于小尺寸的沙尘粒子,在近、中波红外,消光效应主要是散射作用的结果;对于大尺寸的沙尘粒子,红外消光是吸收和散射共同作用的结果。比较了沙尘暴单次散射和多重散射产生的衰减率差异,多重散射的衰减率小于同一条件下的单次散射衰减率,差异随可见度的增大而减小,基于Monte Carlo方法计算的多重散射衰减率比消光系数更能全面反映沙尘暴对红外辐射强度衰减的影响。六种大颗粒模态沙尘暴比小颗粒模态沙尘暴的红外衰减强度大,衰减率基本随着波长的增大而增大;小颗粒模态沙尘暴的衰减率随波长的变化有明显的起伏,在7.9~12.5 μm范围内有峰值,在13~20 μm范围内衰减率对波长不敏感。     

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。     

基于雾滴谱分布的雾场散射特征分析

不同地区的平流雾和辐射雾具有差异化的雾滴谱分布,导致雾场对光辐射具有不同的衰减特性。Mie散射适用于描述雾场气溶胶微粒的散射与衰减,光传播遵循动态的粒子数守恒过程。采用雾滴谱分布函数修正气溶胶微粒的相位矩阵,分析了红外光在雾场气溶胶微粒团簇中的散射光偏振性。结果表明,决定雾场气溶胶微粒退偏特性的因素主要包括雾滴谱分布、雾滴折射率、吸收系数以及入射波长等。在前向散射区域内,退偏性随能见度的增加而减弱,在大部分后向散射区域内,表现出相反的趋势。     

沙尘暴对低层大气红外辐射的吸收和衰减

根据Mie散射理论用数值法研究了沙尘粒子对大气红外辐射的散射,消光和吸收效率,揭示了不同粒径的沙尘粒子在不同红外辐射波段消光和吸收的特点。考察了三种典型的沙尘天气-浮尘、扬沙和沙尘暴时沙尘对红外辐射的吸收系数和消光系数,得出了沙尘暴天气对红外辐射具有显著的吸收和衰减特别是对于λ=2-2.6υm和λ=3-5υm这两个红外大气窗口的衰减最严重的结论。     

沙尘暴对大气能见度影响的数值模拟与分析

本文从Mie散射理论出发 ,通过数值法研究了大气中沙尘气溶胶粒子对可见光的散射和吸收特性以及由此而引起的大气消光问题 ,讨论了这种消光效应对大气能见度的影响 ,发现沙尘暴天气对可见光具有显著的散射和消光效应 ,其中对于红光的消光最为严重 ,沙尘暴天气对城市交通具有严重的影响     

弱沙尘环境中太赫兹波的散射与传输特性研究

基于HITRAN2012数据库,采用三次样条插值算法给出了太赫兹波段沙尘颗粒的复折射率随电磁波频率的变化曲线。采用Mie散射理论,分析了不同粒径沙尘颗粒对太赫兹波的散射及消光特性。基于单次散射假定,研究了太赫兹波在浮尘、扬沙等弱沙尘环境中的散射与传输特性,考虑不同条件下沙尘粒子的谱分布,分析了入射频率、粒径分布等因素对散射及衰减特性的影响。结果表明:在1 THz～4 THz太赫兹波段,单个沙尘粒子的散射及消光特性分布主要由粒子的尺寸参数决定。对于尺寸较小的沙尘粒子,后向散射系数随着尺寸的增加而增大。当粒子尺寸较大处于Mie振荡区时,后向散射系数起伏变化较大。在浮沉和弱沙尘两种天气条件下,沙尘粒子群的统计消光系数随着入射频率的增大具有相似的增大趋势。本文研究结果对太赫兹波技术在应急通信、大气环境监测、风沙探测等相关领域中的应用具有参考价值。     

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。     

Millimeter wave propagation in arid land-a field study in Riyadh

A field study on wave propagation has been actively running for four years in Riyadh, Saudi Arabia. The study involves the operation and monitoring of two links at a frequency of 40 GHz, and an infrared link at 0.88-μm wavelength. A meteorological station is also operated and monitored. The effect of sand storms on propagation is studied by measuring storm parameters, namely, visibility, particle size and size distribution, and induced attenuation. The results are compared with long-term visibility data for Riyadh, and a complete statistical analysis is given. The effect of rain is studied by measuring both rain rate and rain attenuation. Long-term rain data are utilized to derive long-term rain statistics. It is shown that the measured attenuation due to sand storms is about four times larger than the calculated attenuation at 40 GHz. The measured rain attenuation at infrared is found to be smaller by a factor of 0.3 than theoretically predicted attenuation     

沙尘暴对地空路径上Ka频段电波传播的影响

通过分析陆地上毫米波在沙尘暴中传播时的衰减和交叉极化分辨率，给出了一定高度毫米波传播的衰减和交叉极化分辨率的计算公式，并提出了一种计算地空路径沙尘暴衰减和交叉极化分辨率的等效模型。在不同的地球站点、不同的能见度、不同的沙尘粒子含水量、不同的粒径分布下进行了数值计算，并对结果进行了分析。     

The Study of MMW and MW Attenuation Considering Multiple Scattering Effect in Sand and Dust Storms at Slant Paths

The influence of sand and dust storms on modern MMW and satellite communication systems reliability have been paid more attention to. The attenuations induced by sand and dust storms are estimated by means of Mie-theory and Rayleigh approximation, in the case of the tenuous distribution of particles. With the particle density increasing, however, these method become inadequate, the multiple scattering effects then become dominant for attenuation estimation. The attenuations considering multiple scattering effects are estimated by Monte-Carlo and four fluxes method at horizontal paths. At slant paths, based on multi-layer media model, the attenuations considering multiple scattering effects are calculated by layered Monte-Carlo method at 100, 37, 24, and 14GHz. It is shown that the multiple scattering effects should be considered at the attenuation prediction in the sand and dust storm, which the visibility is about 0.5km and smaller than 0.5km and frequency is about 20GHz. Above 30GHz, the multiple scattering effects due to sand and dust particles should be considered, as visibility is about 1km and smaller than 1km at slant paths.     

The Effect of Attenuation Induced by Sand and Dust Storms on Ka-Band Electromagnetic Wave Propagation Along Earth-Space Paths

Attenuation of millimeter waves induced by sand and dust storms along horizontal paths is analyzed and its expressions applied to earth-space paths is presented. Graphs of the specific attenuation and attenuation versus height and visibility are gotten for two kinds of particle size distribution, namely exponential, lognormal. Results obtained are briefly discussed.     

沙尘暴中圆柱形导体目标对电磁波的散射

研究了尘暴介质中导体目标对电磁波的散射特性 ;当入射波沿任意方向极化时 ,得出了毫米波段散射场的表达式及目标表面的电流分布 ,导出了目标的微分散射宽度 ,结果表明 :散射场具有较强的后向散射增强效应 ,导体表面的纵向电流大于横向电流