大气散射光偏振特性分析

介绍了在激光偏振成像研究中,激光在大气传输中的散射光偏振特性的基本表示方法,根据Rayleigh散射和Mie散射理论,通过传输Mueller矩阵求解,分别对大气分子散射和气溶胶散射的单次偏振特性建立理论模型,并通过数值计算模拟的方法研究大气分子和气溶胶对自然光、水平线偏振光和45°线偏振光的偏振特性影响,最后介绍了用矢量传输方程来解决大气散射光多次散射偏振问题.     

基于Monte Carlo方法的混浊大气偏振模式全天域建模

大气偏振模式中包含了丰富的空间方位、地表特性以及大气层结构参数等信息,在偏振光导航、遥感探测等领域都具有重要的研究价值,但经典的理想大气偏振模式仿真模型同实际分布模式之间存在明显差异,不能准确表征混浊大气偏振模式的全局分布特性。因此,提出了一种混浊大气偏振模式的建模方法,该方法以三维天球大气模型为基础,用Monte Carlo方法模拟太阳光在大气中的传输过程,实现了对混浊大气偏振模式全局分布的建模。实验表明,建模仿真结果同混浊大气偏振模式的分布规律一致,偏振度分布模式同实际分布高度吻合,偏振角分布模式同实际分布模式具有相同的分布和变化特性,利用该模型可对混浊大气的偏振模式分布与变化特性进行分析和预测。     

基于米氏散射理论的太阳光散射偏振特性

大气散射光偏振特性的研究对于降低自然扰动对偏振光导航系统的误差影响,优化系统具有重要意义。实验采用矢量偏振分析装置测量了不同天气情况下大气散射光偏振度和太阳光单次散射角,研究了两者之间的关系。结果表明,在不同天气条件下,大气散射光偏振度和太阳光单次散射角之间皆为抛物线型关系,散射光偏振度变化主要由大气散射粒子大小变化引起。当散射粒子半径增大时,散射光偏振度减小,并且偏振度最大值所对应的散射角值发生偏移。基于米氏散射理论建立了单次光散射偏振模型对该实验进行了理论分析,数值仿真结果与实验结果一致。     

基于主动式圆偏振光照射的探测建模与分析

圆偏振光有良好的“偏振记忆”效应,为了验证在 强散射介质中通过圆偏振光的旋性 差异可以有效抑制散射光的影响,实现复杂背景下的目标探测功能。从经典的米氏散射 理论和菲涅尔反射理论出发,结合偏振蒙特卡罗方法,构建了主动式圆偏振光在散射介质中 探测目标的模型,通过追踪每个光子的偏振态变化,统计分析了圆偏振光经过介质散射和目 标反射后的Stokes矢量信息。仿真结果表明,文中建模方法可以明显区分出散射介质中是否 存在被探测目标;不同的介质环境和不同的探测距离都会对目标的偏振成像造成不同程度的 衰减,而圆偏振差分成像及圆偏振度成像均可实现偏振成像的增强处理。文中建模方法可以 为全偏振探测的理论研究及实际应用提供借鉴。     

混浊大气对偏振导航影响的研究

偏振导航的有效性在很大程度上依赖于能否从不同大气状况中获取到有效的全天空偏振分布信息。文中依据矢量辐射大气传输方程仿真分析了无云晴空和混浊大气状况下的全天空偏振度和偏振角分布特征,并研究了大气混浊度、太阳方位、观测高度和观测波段对偏振分布的影响,进而探讨了不同大气状况下偏振导航的有效性。结果表明:太阳位置决定了全天空偏振分布图景的整体形式;混浊大气对近地层观测偏振信息的影响明显,当整层光学厚度增大至2以上时,偏振度将降低至0.1以下,此时偏振信息的检测难度增大,不利于导航,而以晴空为主的中高层大气受混浊大气影响较小,偏振信息稳定,且符合Rayleigh单次散射分布特征,可保证白天全时段导航的有效性;在无云大气下,可见光波段内长波段更适合作为偏振导航的观测波段。     

大气对红外偏振成像系统的影响

红外偏振成像系统探测的是某个特定偏振方向上的目标和背景辐射强度,有必要对不同目标的偏振特性及偏振辐射大气传输进行研究。首先采用双向反射分布函数对反射辐射偏振特性进行了分析,推导出了反射辐射偏振度的一般表达式。根据表达式模拟了目标的物理特征对反射偏振特性的影响。随后利用MODTRAN软件在典型大气条件下对红外波段的大气吸收以及程辐射进行了建模和计算。大气中的悬浮颗粒对目标的红外辐射进行散射,场景的偏振度随传输距离衰减。对目标反射辐射偏振特性的仿真结果与实测数据基本吻合,验证了理论的正确性。考虑大气对偏振辐射传输的影响使得计算结果更加合理和准确。     

基于偏振信息恢复的光通信

基于斯托克斯矢量和MC算法,在各种散射系统中研究了偏振信息的传输性能。根据偏振光斯托克斯矢量的散射特性,提出了一种能够减少散射对入射偏振光影响的PR方法。为了验证PR方法的有效性和实用性,仿真了在不同实际大气和水下环境,偏振传输和偏振信息恢复的结果。仿真结果表明,PR方法更适用于粒子半径相对大的杂乱媒介,并且长波可以有效地减少偏振信息的损失。此外,仿真结果也表明,在非均匀的大气媒介中下行和上行链路是不可逆的。在水下,PR方法同样用来减小散射对于光的偏振度的影响。通过PR方法,线偏振度的最大增强可达到16%。这些结果对于未来大气,水下量子保密通信具有重要的意义。     

近水平观测条件下大气背景光偏振度的计算模型

在光电成像领域,偏振滤波抑制大气背景光是提高成像质量的重要技术途径,其前提条件是分析和计算近水平观测条件下大气背景光偏振度。经典的Rayleigh散射理论和Wilkie天空光偏振模型在近水平观测条件下计算大气背景光偏振度存在较大误差。通过改进Wilkie模型,给出以观测地的经纬度、观测日期和时间、观测方向及大气能见度为输入的近水平观测条件下大气背景光偏振度的计算模型。实验表明:该模型在近水平观测条件下取得比Rayleigh散射理论和Wilkie天空光偏振模型更精确的大气背景光偏振度计算结果。此外,分析了偏振片消光比对大气背景光偏振度测量误差的影响。     

一种微波通信中大气散射干扰的工程估算

本文简要地分析了微波通信系统中大气散射干扰的产生机理，介绍了一套可供工作应用的大气散射干扰电平的估算方法，根据该算法可以计算不同发生时间百分比情况下的大气散射干扰电平，最后给出一个根据该算法计算的，并经过较长时间的工作实际验证为正确的工作实例。     

一种基于偏振信息的恒星白天观测方法

为了提高恒星白天观测的能力,提出一种偏振观测的新方法.大气散射具有很强的偏振特性,而恒星星光的偏振度与之相比往往非常小,该方法正是利用大气散射偏振特性与恒星星光偏振特性的差别,从偏振图像中提取恒星,从而提高恒星的识别概率.通过自行研制的偏振图像采集系统对接天文望远镜获取恒星偏振图像,进行恒星的偏振图像提取,实验结果表明该方法能有效地提取恒星目标,实现恒星白天观测.     

稀薄运动随机分布粒子的激光散射统计特征

依据球形粒子Mie散射理论,推导出在平面波入射情况下球形粒子的磁场表达式.将粒子散射振幅和微分散射截面从相对运动坐标系变换到静止坐标系,给出具有任意运动速度粒子的散射振幅和微分散射截面,理论模型具有自洽性.数值计算了波长为1.06 μm激光入射情况下,金属和介质两种粒子微分散射截面随粒子尺寸、散射天顶角以及粒子相对运动...     

Dual dihedral angles for bidirectionally scattered electromagneticwaves

A spherical coordinate system is typically used to quantify the directional characteristics of doubly hemispherical scattering of bidirectional reflectance distribution function (BRDF) entailing an incident angle or cone angle from surface normal, and a heading or azimuthal angle from the incident plane. An alternate angular coordinate system is described entailing two dihedral angles. One component is a dihedral angle from the incident plane, simply out-of-plane, and the second component is a dihedral angle from the specular beam to the detector direction projected onto the incident plane, or simply degrees off specular. The suggested system is believed easier to convey scattering characteristics, and to compute the scattering from complex surfaces such as mountains with exposed rocks, or buildings. This communication presents an example of an experimental configuration to measure a doubly hemispherical BRDF, a mathematical formulation to relate the angular coordinate systems, and a computational example     

基于二维微波成像的共形天线RCS提取方法

二维微波成像技术是一种有效诊断雷达目标散射点强度和空间分布的手段。机载共形天线因与机体表面成为一体,常规测试手段难以确定其RCS贡献。基于二维微波成像技术,分离和提取出了装机状态下共形天线的反射率分布,通过二维空间像与二维空间谱之间的波谱变换获得了共形天线的二维空间谱信息,经过直角坐标域至极坐标域的插值获得了对应频率和角度的散射信息,再对定标球进行同样的处理,最终标定出共形天线的RCS贡献。实验结果表明了该技术的有效性。     

基于柱坐标系抛物方程的太赫兹目标RCS计算

针对太赫兹(THz)波段目标雷达散射截面(RCS)的计算问题,提出柱坐标系抛物方程模型的计算方法。基于柱坐标系中的电场通解式,利用三角函数的正交性分解各模式的激励系数,将抛物方程方法拓展到柱坐标系,得到柱坐标系中抛物方程的分步傅里叶求解形式。在此基础上,将目标等效为一系列的面元或线元,然后通过边界条件和场的迭代递推方法求解抛物方程,进而获得这一系列面元在传播方向某一截面上的散射场。数值算例表明,该方法能用于电大尺寸目标的RCS计算,相比于传统的抛物方程方法,克服了散射角度的限制,计算误差更小。     

Scattering by a class of composite bodies using generalizedseparation of variables

A generalized method of separation of variables is used to solve the problem of scattering by a class of two-dimensional bodies that are bounded by circular arcs and radial segments in a cylindrical coordinate system. These bodies are sectored cylinders and hollow sectored cylinders, which are not amenable to closed-form solution by simple separation of variables. They can serve as simple models for composite bodies with cavities, and as test or benchmark problems against which to validate other solutions of scattering by more general shapes. Generalized separation of variables leads to an infinite system of linear equations for the model coefficients, which can be computed by truncation of that system. The scattering width is expressed in terms of those coefficients     

一种实用的目标散射特性动态测量系统

介绍了一种实用的目标散射特性动态测量系统及其标定方位。该系统在现有精密坐标测量雷达雷达上增加了目标特性测量支路，实时地跟踪采集目标反射回波的幅度和相位特性数据，目标坐标数据以及雷达工作参数，系统采用数控衰减、高线性度中放和Ｉ、Ｑ正交双通道，具有较高的采样率和较宽和测量波门。     

基于轮廓先验约束的复杂异形工件CT成像方法研究

在X射线CT成像检测系统中,复杂异形工件由于结构复杂,散射、硬化等现象较严重,而且在部分投影角度上,由于在射线透照方向上的有效厚度差异大,固定能量的射线剂量与厚度不匹配,投影数据质量较差,传统的CT重建算法得到的重建图像质量低,边缘模糊,无法获取工件的完整轮廓信息.为此文章研究了一种基于轮廓先验约束的复杂异形工件CT成像方法.首先利用双目立体视觉技术获取工件的轮廓信息,根据双目坐标系与CT坐标系间的空间位置关系完成先验图像的配准;然后将轮廓先验纳入到CT重建过程中并结合TV正则化进行轮廓约束重建.实验结果表明,该方法能够有效地抑制伪影和噪声,保留重建图像的边缘,改善重建图像质量,有助于提高复杂异形工件缺陷检测的可靠性.     

Scattering by a cylindrical dielectric shell with inhomogeneous permittivity profile

The scattering by a plane wave incident on an infinitely long cylindrical shell is derived using the boundary-value method. The cylindrical shell is assumed to have an inhomogeneous dielectric profile in both the radial and azimuthal directions or a circular cylindrical coordinate system. The validity of the solution is verified by comparison with the method of moments. Different types of inhomogeneities are investigated and the resulting echo width as well as the scattered field pattern indicate significant variations which could be used to improve the radiation characteristics of antennas and the reradiation behaviour of scattering objects.     

基于子孔径参数估计的双基地ISAR图像融合方法研究

双基地逆合成孔径雷达(Bistatic ISAR)能够同时获取两个视角下的目标雷达回波,将分别所成的图像进行融合处理可以获得质量更高的ISAR图像以提供更丰富的目标信息,但由双基地角带来的目标像尺寸形状不一致等问题将造成融合困难。该文针对转台模型目标,提出一种基于子孔径参数估计的双基地ISAR图像融合方法,利用孤立强散射点在不同子孔径下的多普勒差值估计出目标的转动角速度和半双基地角,再将不同视角下的数据映射到同一个坐标平面中进行融合处理,得到效果更好的图像,最后利用仿真实验结果验证了该方法的有效性。     

Plane electromagnetic wave scattering by transversely magnetized ferrite cylinder

The paper is devoted to the problem of scattering of plane electromagnetic wave by transversely magnetized ferrite cylinder. Exact analytical expressions for all partial cylindrical modes are obtained by solving Maxwell’s equations for transversely magnetized ferrite medium in cylindrical coordinate system. They are represented as the power series expansion and then are used to formulate and to solve the boundary problem. Numerical calculations of scattering patterns are also presented. Particular attention is paid to the possibility to control the scattering pattern by the external magnetic field.