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。     

大气中激光散射信号的特征分析

利用米氏散射理论,对1.06μm脉冲激光在低空大气中传输时的辐照度的分布进行了理论分析和数值计算,得到了都市郊区大气模型条件下,不同离轴距离时辐照度随时间的变化曲线,并对其峰值位置随离轴距离的变化进行了数值分析。进一步的数值分析表明,脉冲激光在传输过程中出现最大辐照度的位置距出口的距离与离轴距离成反比关系。在分析散射信号时域特征的基础上,对利用该特征对激光光源的定向可行性进行了初步探讨,认为单个探测器难以实现对激光源的定向,因此提出了用多个散射探测器对激光源进行定向的方法。     

雾衰减经验模型的适用性分析

雾衰减经验模型的计算是预测雾衰减的一种重要方法。为了将雾衰减经验模型应用到实际中进行适用性分析, 从米氏散射理论出发, 采用理论推导和仿真分析的方法, 计算了Kruse模型、Kim模型和Ijaz模型中激光在不同能见度下的衰减, 分析了3个模型在计算衰减系数时的差异, 并通过搭建自由空间光通信实验平台, 将实验结果与仿真结果对比分析。结果表明, 650nm波长的激光在雾衰减信道下的衰减结果与Kim衰减模型更接近。此研究结论为西安地区自由空间光通信系统雾衰减系数分析提供了参考依据。     

雾天环境下激光传输的衰减特性研究

激光在大气中传输时容易受天气的影响,因为雨、雪、雾等恶劣天气对激光有严重的衰减作用,会使通信的稳定性变差.因此分析激光在不同天气条件下的传输效应和衰减特性非常有必要.本文根据辐射雾和平流雾中含水量和能见度的经验关系,分析了雾天气对激光大气传输衰减的计算公式,并对三种常用的雾衰减经验模型进行了Matlab数值仿真,得出了激光衰减系数和雾天气能见度的关系.     

基于非视线红外激光大气散射通信技术研究

为了实现非视线激光大气散射通信,根据米氏散射理论,建立了非视线通信链路模型,研究了1.06m激光的大气散射通信技术,分析了激光接收功率、激光发射功率、激光发散角、接收视场、探测器灵敏度、发射机倾角、接收机倾角、大气衰减和通信距离的关系,并搭建了试验原理系统,进行了1km距离的散射通信试验,获得了激光散射信号。结果表明,在一定的天气条件下,采用波长为1.06m的红外激光进行信号传输,有望实现远距离的大气散射通信。     

激光信号大气散射探测分析

有些应用场合需要利用大气气溶胶对激光的散射来探测激光。在都市郊区大气模型条件下,利用米氏散射理论,对1.06μm激光在低空大气中传输时散射辐照度的分布进行了理论分析和数值计算。得到激光大气散射辐照度随离轴距离的增大近似按反比规律缓慢下降、能见度仅影响散射强度的大小而不影响散射强度的分布等特征。这些特征在激光散射实验中得到了初步的验证,可为激光信号的散射探测提供理论依据和参考。     

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。     

单次大气散射效应对星载激光测高仪接收脉冲回波的影响

大气散射效应是影响星载激光测高仪接收脉冲回波的重要因素。根据星载激光测高仪接收脉冲回波信号与大气响应函数之间的关系式,在忽略大气多次散射效应的条件下,通过分析散射激光束的几何轨迹和散射概率,推导出单次大气散射激光脉冲和接收脉冲回波的特征参数的数学解析式。以地球科学激光测高仪系统参数为输入,采用数值仿真分析的方法,模拟了大气散射介质分布、激光指向角和目标倾斜角对接收脉冲回波信号特征参数的影响。结果表明,若散射介质的高度和粒子半径范围分别为0.2~6 km和0~120 m,则其对接收脉冲回波的能量、重心和均方根脉宽的影响最大值分别超过15%、250 cm和800 cm。随着激光指向角或目标倾斜角的增加,接收脉冲回波的能量基本不产生影响,但是其重心和均方根脉宽近似呈线性增加趋势。同时,采用高斯拟合方法可以减小大气散射效应对接收脉冲回波的影响。所得结论对于接收脉冲回波的数据处理与分析以及激光测距精度的评估具有一定的指导意义。     

雾对10.6μm激光数字信号传输影响研究

激光脉冲信号通过大气等介质时,受到大气中各种天气因素影响,将导致波形形变、脉冲宽度发生变化以及时域展宽.一般在大气散射和湍流的介质中,脉冲的传播很适宜用双频互相干函数来表示.利用双频相关甬数求解雾对10.6μm激光数字信号传输的幅频和相频函数以及双频互相关函数的影响,并结合雾对激光影响的散射理论,得出脉冲的起伏特征,模...     

随机大气信道对激光信号传输影响的分析

首先介绍了激光信号通过随机大气信道时,大气中的气体分子和大气气溶胶离子、尘埃、雾、雨、霾等对激光信号的吸收和散射效应,造成了对激光信号的能量衰减,接着分析了大气湍流效应对光信号传输的影响,即光束的闪烁、弯曲、分裂.最后,对于不同大气条件下激光信号的传输进行了实验研究,给出了在同一时刻的不同天气条件、在同一天的不同时刻及不同能见度条件下的测试结果,并就实验现象进行了分析.所得到的结果很好地反映了理论分析,为大气通信提供了一定的指导.     

大气后向散射对主动探测激光脉冲的影响

分析了大气散射模型导致的后向散射对激光脉冲的影响,建立了激光脉冲后向散射物理模型,可用于估算后向散射产生干扰脉冲的功率.利用雪崩二极管探测器(APD)对实际大气条件下大气后向散射对探测激光脉冲产生的干扰脉冲进行了测量,结合测量结果和模型计算结果得到气溶胶和分子散射综合相函数值,与实测后向散射相函数值具有较好的一致性,对设计激光主动探测系统具有实际应用价值.     

尾流气泡对脉冲激光时间展宽的研究

为了研究气泡对激光的时间展宽问题,采用米氏光散射理论,对气泡的光散射特性以及多次散射效应进行了理论分析,并开展了实验研究,得到了气泡在不同距离时后向光散射信号波形。结果表明,气泡对激光脉冲的传输有明显的影响,导致了脉冲激光在时间上的展宽,信号展宽的宽度随距离近似呈二次曲线变化。     

大气散射衰减定标系统设计

观测高能宇宙射线可通过大气荧光探测技术对次级粒子的研究间接实现,而次级粒子在大气传输中受到大气吸收、散射等影响,会影响探测的准确性。为定性定量地确定上述影响,设计了大气散射衰减定标系统,利用已知脉冲能量的激光器向指定方向发射激光脉冲,通过在地面上另外一点测量散射激光的能量,就可以对大气散射的参数进行标定,从而对次级粒子的能量及方向进行修正。此外通过散射通信中常用的非视距单次散射模型研究了大气传输过程中的散射衰减作用,得到不同角度下的计算仿真结果,为大气散射衰减定标提供了理论依据。     

激光大气传输特性及其回波信号仿真研究

基于Rayleigh散射和Mie散射理论,利用已有的中光谱分辨率大气辐射传输模式(MODTRAN)数据及参考模式大气(RMA)数据资料,对355nm、2μm、10μm激光信号的散射、消光、透射等大气传输特性进行了仿真和比较。同时利用高斯函数分析了355nm波长处的Rayleigh和Mie回波信号光谱分布,并模拟了不同高度处的大气回波信号光谱。结果表明:与2μm、10μm相比,355nm波长的激光信号的散射特性较好;其在大气中传输时,衰减严重,适用于晴空大气;该波段的多普勒测风激光雷达接收到的回波信号在底层以Mie信号为主,高层以Rayleigh信号为主;综合考虑各种因素,选用355nm作为星载多普勒测风激光雷达的工作波长。     

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。     

紧聚焦强激光脉冲中电子的非对称性辐射

为了获得紧聚焦脉冲激光作用下电子的辐射特性,采用非线性Thomson散射理论和线偏振紧聚焦激光脉冲与单电子的相互作用模型,利用MATLAB完成数值模拟,获得了电子的运动特性、不同观测角度下的功率与能量分布,以及最大辐射方向上的功率与能量.结果表明,与平面波激光脉冲作用下的非线性Thomson散射现象相似而又不同,在紧聚...     

空间光通信APT系统中大气信道对激光信号传输影响的分析和研究

介绍了APT系统中激光信号通过随机大气信道时 ,大气中的气体分子和大气气溶胶离子、尘埃、雾、雨、霾等对激光信号的吸收和散射效应 ,以及大气湍流效应对光信号传输的影响。同时 ,对于不同大气条件下激光信号的传输进行了实验研究。     

激光告警中的信号探测原理

激光威胁信号在大气传输中的大气衰减、大气散射、目标斑点散射和大气闪烁 ,以及激光信号的背景强度等都对激光告警产生重要影响 ,本文对此作以概述 ,并分析了目标的反射特性和激光的水下传输 ,激光信号的探测和激光告警的实际情况。     

大气多次散射效应对星载激光测高仪测距偏差值的影响

大气多次散射效应会使得星载激光测高仪脉冲回波信号发生拖尾现象,导致激光测高仪的测距值出现偏差。根据激光测高仪的工作原理并利用半解析型蒙特卡罗方法,建立了大气多次散射效应条件下的脉冲回波信号及距离偏差的数学模型,并基于GLAS系统参数,仿真分析了云和雾的多次散射效应对距离偏差值的影响规律。结果表明,随着大气参数的变化,距离偏差会呈现不规则的起伏变化。当云层粒子尺度大于150μm或雾的消光系数小于1.68 km-1时,大气多次散射效应对测距偏差值的影响小于1 cm。所得的结论为星载激光测高仪测量天气的选取以及系统参数的优化提供了理论依据。     

激光告警中的信号探测原理

激光威胁信号在大气传输中的大气衰减、大气散射、目标斑点散射和大气闪烁,以及激光信号的背景强度等都对激光告警产生重要影响,本文对此作以概述,并分析了目标的反射特性和激光的水下传输,激光信号的探测和激光告警的实际情况。