海雾对3～5μm和8～14μm红外辐射的衰减特性

分析了Khrgian-Mazin模型描述雾的粒度谱分布的可靠性,利用该模型和米氏散射理论计算了世界上典型地区的海雾对3～5μm和8～14μm大气窗红外辐射的衰减,并将计算结果和红外波段内的10.6μm激光辐射在雾中衰减的实测结果相比较,得出了两个大气窗内海雾对红外辐射展减的一般规律.     

石墨烯红外波段复折射率及消光性能研究

石墨烯是一种新型二维纳米碳材料,在红外干扰方面具有很大的潜在应用价值,其红外消光特性值得深入研究。文中利用红外椭偏仪测量了石墨烯压片在红外波段的椭偏参数,计算得到其红外波段的复折射率,采用离散偶极近似(DDA)方法计算了石墨烯在2~14 μm波段的效率因子、消光系数与入射波长、粒子直径和厚度的关系。计算结果表明,石墨烯在2~14 μm波段具有优异的红外消光性能,其消光性能主要取决于材料的吸收性能,吸收作用大于散射作用,同时粒子对近、中红外辐射的消光性能明显好于远红外波段;消光效率因子和消光系数随波长增加逐渐减小;消光效率因子随粒子直径的增加而增大,近、中红外波段的消光系数大于远红外波段,其中直径0.25~1 μm粒子的消光系数最大,直径1~4 μm粒子的消光系数随直径增加逐渐减小,直径大于4 μm的粒子对各波段红外的消光能力受粒度变化的影响很小;消光效率因子随粒子片层厚度的增加逐渐增大,近、中红外波段的消光系数随厚度的增加有所减小,而远红外波段的消光系数受粒子厚度变化影响不大。     

红磷烟幕中红外光谱和红外消光性能研究

在中型烟幕试验柜中测试了红磷烟幕的红外光谱和粒度分布,分析了红磷烟幕在7.4μm~13.8μm波段的红外透过率和消光系数.测试了红磷烟幕对10.6μm激光的质量消光系数.根据M ie理论计算了红磷烟幕粒子对该波段红外的散射、吸收和消光效率因子.结果表明,在中等湿度条件下红磷烟幕对8.2μm~11.0μm红外和入射功率为1.0W的10.6μm激光的质量消光系数分别为0.424m2/g和0.396m2/g.红磷烟幕在成烟后10m in~30m in时间内粒度分布在0.5μm~3μm.平均粒度较小的红磷烟幕对中红外辐射的消光主要是吸收作用,随着烟幕粒度增加,散射作用和消光效果逐渐加强.     

黑曲霉孢子红外波段消光性能研究

采用压片法对黑曲霉孢子2.5~15 m 波段的反射光谱进行了测量。针对采集的光谱数据,利用Krames-Kronig（K-K）关系对黑曲霉孢子2.5~15 m 波段的复折射率进行了计算。然后,根据Mie 散射理论求出了2.5~15 m 波段黑曲霉孢子质量消光系数,并对结果进行了分析和讨论。分析结果表明,在粒径r=1.2 m 时,黑曲霉孢子在2.5~15 m 波段的平均质量消光系数为0.68 m2/g,随着粒径的增大,平均质量消光系数单调减小;与常见无机物相比,黑曲霉孢子在2.5~15 m 波段具有较好的消光性能,而且在保证一定消光性能的情况下,黑曲霉孢子的粒径尺寸要求相对较宽。     

水包冰球包层粒子散射特性的研究

基于Mie散射和Aden-Kerker散射理论,利用Matlab仿真模拟工具,分析了水包冰球包层粒子在红外波段、太赫兹波段及毫米波段的散射特性。研究表明,水包冰球包层粒子在这三个波段的散射能力与包层粒子的内外径比有很大关系,水包冰球粒子的复折射率在三个波段随着频率的增大呈线性变化,但在毫米波段的实部变化不大;随着包层粒子的内外径比的不断增大,其散射强度、散射参数在红外波段和太赫兹波段不断增大,在毫米波段则减小。研究结论可对红外波、太赫兹和毫米波的气象应用以及相关检测技术提供参考。     

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。     

近红外波段气溶胶的消光特性研究

在已知大气气溶胶折射率和气溶胶谱分布的基础上,对近红外波段的气溶胶消光特性进行了研究。利用Mie散射理论计算并讨论了气溶胶的消光、散射、吸收效率因子随尺度参数的变化和消光系数随半径和波长的变化,并且在MATLAB中对各种变化情况进行了仿真。结果表明,三种气溶胶粒子的消光和散射能力依次为沙尘性粒子,水溶性粒子,烟煤。消光系数在粒子半径和入射波长相近时达到最大,并且粒子半径对消光、散射、吸收系数的影响比入射波长更明显。这些结论可以为红外辐射在大气中的衰减计算和分析提供依据。     

对流层太赫兹波散射特性研究

基于Mie散射理论分析了球形近似下对流层气溶胶粒子对太赫兹波段的散射特性。通过模拟对比,得出对流层四种粒子在太赫兹波段的散射能力。研究发现,粒子的尺度参数对散射强度的影响比较明显,随着粒子尺度参数的增大,散射相位函数振荡越强,散射强度逐渐变大;散射光逐渐前向集中于更小的角度;曲线越来越尖锐,且出现了更多分叶。仿真给出了波长对散射参数的影响。本文利用Matlab给出了四种粒子太赫兹波段的散射仿真,研究结果对太赫兹技术在气象相关领域的应用具有一定的参考价值。     

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。     

黄海平流雾对8~12 μm波段红外辐射衰减的实验研究

为了研究新一代舰载红外探测系统在海雾条件下的探测能力,以黄海海雾为实验环境,以非制冷型红外热像仪为探测器,分别在不同强度的海雾中以不同性质的红外辐射源为探测对象进行了成像实验,并结合红外辐射在海雾中的衰减模型进行了量化研究。衰减模型可分为物理模型和经验模型两大类,分别对其在不同强度海雾下的衰减曲线进行了对比分析,并根据实测结果进行了拟合分析,结果表明:在轻雾条件下,实际观测的结果几乎与物理模型一致;在较浓海雾条件下,以经验模型计算的结果与观测结果相差较小;而在特浓海雾条件下,以经验模型计算的结果较接近于实际观测。     

基于雨滴谱分布数据库的近红外辐射衰减研究

为了研究降雨对近红外辐射的衰减,定量评估降雨对近红外设备的影响,在雨滴谱分布二元函数模型建立的基础上,提出了一种雨滴谱分布数据库的建立方法,对LAWS和PARSONS在美国华盛顿地区测量的雨滴谱分布数据进行拟合,建立雨滴谱分布数据库。基于雨滴谱分布数据库,结合米散射理论和衰减系数公式,得到了1μm,2μm和3μm波长近红外辐射的消光效率因子与雨滴直径的关系曲线,并计算了在降雨量分别为0.25mm/h,1.25mm/h,2.5mm/h,12.5mm/h,25mm/h和50mm/h条件下的近红外辐射衰减系数。结果表明,不同降雨量条件下,对于雨滴谱分布的函数关系式,正态分布具有更好的拟合效果;消光效率曲线的包络线随波长的增大而增大;拟合衰减系数和降雨强度的函数关系发现,指数函数具有很好的拟合效果。该计算结果对研究降雨对近红外辐射的衰减具有重要意义。     

水雾中1.06 μm激光辐射的衰减特性

通过试验研究了1.06 m激光辐射在水雾环境中的衰减特性。定量测量了不同气象光学视程（MOR）的水雾对1.06 m激光辐射的衰减程度,计算了水雾环境下的1.06 m激光辐射的等效MOR。分别采用试验数据和经验公式计算了1.06 m激光辐射在不同能见度条件下的消光系数。通过对比发现由经验公式计算的消光系数存在明显偏差,尤其是在低能见度条件下。基于试验数据,推导了一种以可见光能见度为输入的消光系数计算公式,对估计云雾环境下近红外光辐射的衰减特性具有重要参考价值。     

水雾的热红外伪装性能分析

利用Mie散射理论,在水的复折射指数随波长变化的情况下,通过雾滴消光效率因子和gamma 尺寸谱分布计算了热红外波长范围内的消光系数,建立了热红外波段gamma尺寸谱分布雾的含水量与消光系数的关系,分析了含水量为0.1和0.5时的红外探测器探测距离随传输路径L之间的变化关系.结论表明,水复折射指数、雾滴尺寸谱分布对雾的热红外辐射传输衰减有着较大影响,水雾遮蔽伪装时需充分考虑.     

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。     

黑曲霉孢子灭活前后红外消光特性

黑曲霉孢子是生物气溶胶的重要组成部分,质量消光系数是研究黑曲霉孢子电磁衰减特性的重要参数。采用压片法测量了灭活前后黑曲霉孢子2.5~15 um 波段的反射光谱,并利用Krames-Kronig(K-K)关系计算了黑曲霉孢子红外波段的复折射率。基于Mie 散射理论求出了灭活前后黑曲霉孢子红外波段的质量消光系数,并对结果进行了分析和讨论。分析结果表明:3~5 um 波段,灭活后平均质量消光系数降低了4.6%,8~14 um 波段,灭活后平均质量消光系数降低了89.5%,由此可知,保持活性对于提高黑曲霉孢子的电磁衰减能力具有重要的意义。     

水雾对红外光谱遮蔽衰减特性研究

从理论上简要阐述了水雾对红外光谱的遮蔽衰减特性,用朗伯—比尔定律描述、分析了红外光谱在辐射传输过程中辐射经水雾吸收和散射后的能量变化.同时用米氏散射理论解释、计算水雾粒子的散射系数、消光系数并考虑路径辐射过程其他因素的影响.并且通过检测评估说明了水雾对红外辐射能量的遮蔽衰减特性.     

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。     

基于Mie 散射理论水雾介质红外辐射衰减的校正研究

水雾环境对红外辐射有着较强的衰减作用。在工业生产中水雾环境十分常见, 连铸二冷区铸坯的冷却装置采 用的就是人工水雾系统, 而准确掌握连铸二冷区铸坯表面温度对提高产品质量的稳定性具有重要意义。针对二冷区 大量水雾对连铸坯表面非接触式测温存在干扰的问题, 提出了一种基于 Mie 散射理论的校正方法。首先根据现场使 用的气水喷嘴进行模拟实验, 分析现场水雾的水流分布, 建立水雾状态模型; 然后分析水雾状态模型下红外辐射的衰 减特性, 通过模拟试验计算得到相应的消光系数, 并利用朗伯比尔定律得到红外辐射衰减的校正因子, 将校正因子添 加至非接触式红外测温系统中进行实时温度值的校正。研究表明, 通过校正因子的导入能够有效地提高非接触式红 外测温系统的精度。