舰船气泡尾流散射光斯托克斯特征研究

针对当前探测器距离尾流较近时目标回波信号淹没在水体散射信号中,以及对低密度、微小气泡群较难探测的问题,通过对尾流散射光的斯托克斯参量特征进行研究,可全面反映光经过尾流散射后的完全偏振光、部分偏振光全非偏振的特征。仿真计算了尾流中微小气泡在不同半径、不同散射角条件下斯托克斯散射矩阵的变化,并对比了水分子的散射特征,研究分析发现：（1）不同大小尾流微气泡的斯托克斯散射特征既有相似之处,也有一定的差异;（2）微气泡的散射参量,与水分子相对应参量比较,差异更加明显,水分子的散射参量不存在震荡现象且散射特征稳定。利用斯托克斯参量进行光尾流特征分析,信息量较全面,光散射特征差异明显,证实了其用于尾流信号分析、探测的可行性。     

国内尾流光学检测研究进展

以检测参量为主线,综述了国内尾流光学检测近15年的发展历程。归纳了已有的连续激光散射强度检测、成像检测、脉冲回波检测和偏振检测等四大类不同的尾流光学检测方法,介绍了不同检测方法的基本原理、发展以及存在的问题。结合检测的新方法、信号处理与抗干扰技术、建立尾流特性数据库和拓展相关应用对尾流光学检测的进一步研究进行了展望。     

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.     

海水及模拟尾流气泡的激光背向散射特性实验研究

尾流光的背向散射特性是水下航行体跟踪、识别和定位目标的重要参数。开展海水及模拟尾流气泡的激光背向散射特性实验研究，对确定感知舰船尾流的光学参量，从散射信息中分离出光尾流特征信息，验证尾流光散射特性模型有重要意义。讨论了海水及气泡群的激光背向散射特性实验研究，给出了实验结论。     

金属样品扫描电镜二次电子特性蒙特卡洛模拟

采用较为准确的考虑电子散射和二次电子出射过程的蒙特卡洛模型,研究了不同金属样品的二次电子产额、能谱、出射角度、出射位置,模拟二次电子成像电流和扫描电镜二次电子图像。模拟结果表明,二次电子能谱的最可几能量和峰值半宽度略高于实验结果;二次电子出射角度呈现近似的余弦分布;随着入射电子束能量的提高,二次电子出射范围越大,对应二次电子图像的分辨率降低,但会提高图像衬度;二次电子收集器电压越高,二次电子成像电流越大。模拟得到的扫描电镜二次电子图像与实验结果较为接近。     

基于独立成分分析的舰船气泡尾流后向散射光信号处理

光尾流自导鱼雷激光探测系统所获取的信号是水体和舰船气泡尾流共同产生的后向散射光信号,从该信号中提取出舰船气泡尾流的信息是光尾流自导鱼雷的关键技术。由于水体所产生的后向散射光信号强度大于舰船气泡尾流所产生的后向散射光信号,两个信号在时域和频域里的特征又十分接近,因此难以用传统滤波方法将其分离以提取有用的尾流信息。提出了采用盲源分离和独立成分分析的方法来处理激光探测系统所获取的信号,研究了盲源分离的算法,编制程序对课题组在激光探测舰船尾流海上试验所获取的数据进行了计算,结果表明：该方法可在不同探测条件下有效地将舰船气泡尾流场所产生的后向散射光信号从原始信号中提取出来,有利于系统正确判别舰船尾流及其特征。     

海水及模拟尾流气泡的激光背向散射特性实验研究

尾流光的背向散射特性是水下航行体跟踪、识别和定位目标的重要参数。开展海水及模拟尾流气泡的激光背向散射特性实验研究,对确定感知舰船尾流的光学参量,从散射信息中分离出光尾流特征信息,验证尾流光散射特性模型有重要意义。讨论了海水及气泡群的激光背向散射特性实验研究,给出了实验结论。     

舰船尾流气泡激光回波偏振压缩探测技术研究

对舰船尾流气泡探测是对舰船进行跟踪的一种独特的方法,采用蓝绿激光对尾流气泡探测是可行的。在分析蓝绿激光在海水介质中的衰减特性基础上,提出采用偏振压缩技术对大动态范围的激光回波信号进行压缩,提高对尾流气泡探测的精度和深度。     

激光探测尾流微气泡的偏振特性研究

为了研究尾流中激光照明气泡幕的散射光强度和偏振的特性,利用基于偏振光传输的蒙特卡洛模型,对偏振激光入射含气泡群水体的三维空间分布模式进行仿真计算.研究了气泡和气泡群在不同气泡尺度,不同散射角条件下的散射光强和偏振状态;分析了气泡幕的气泡数密度,厚度对于散射光强度和偏振状态的影响.研究表明,散射光的强度和偏振度对气泡尺度...     

海洋激光雷达测量水体剖面偏振信号的仿真模拟

基于蒙特卡洛模拟方法,建立了一个水中激光偏振辐射传输模型,用于模拟分析船载偏振激光雷达水体垂直剖面的偏振探测回波,分析了不同光学参数的水体和激光雷达测量模式下的偏振测量误差。使用高斯分布设置了三种深度分布在10~30 m的低、中、高浓度散射层,其叶绿素a峰值浓度分别为0.1 mg/m3、1 mg/m3和10 mg/m3。模拟了激光发射波长为532 nm,接收视场角为10~1000 mrad的船载海洋激光雷达的偏振回波信号,并分析了影响偏振测量误差的主要因素。研究结果表明,由于激光在水中的多次散射过程,随着探测深度、叶绿素a浓度和接收视场角的增大,激光雷达接收光信号的单次散射率不断降低,导致激光雷达直接测量的退偏振比的误差随之增大。以100 mrad接收视场角为例,中浓度散射层情况下,在散射层上（0~10 m）、散射层中（10~30 m）和散射层下（30~40 m）的退偏振比相对误差分别为16%、125%、281%;在散射层中,低、中、高三种浓度散射层的退偏振比相对误差分别为54%、125%、731%。视场角从10 mrad增大到1000 mrad时,退偏振比相对误差逐渐增大,在中浓度散射层情况下,其在散射层上、散射层中和散射层下的变化范围分别为6%~28%、17%~452%和10%~734%。文中结果表明,偏振海洋激光雷达探测水体退偏振比时,由于多次散射过程的影响,传统的退偏振比算法会引入较大误差,有必要在反演算法中对其进行校正,以提高激光雷达的探测精度。     

激光在云层中传输的特性分析及蒙特卡罗模拟

为了研究激光在云层中传输的多次散射特性,分析了传输过程中的功率损耗,并采用蒙特卡罗法模拟传输过程,得出时间展宽后的脉冲波形.结果表明,时间展宽后的脉冲具有陡峭的上升沿和指数形式的收尾;非对称因子、云层物理厚度、消光系数、接收视场角等对时间展宽都有影响,其中,非对称因子、云层物理厚度对时间展宽及时间延迟影响较大.     

多粒子散射的偏振传输特性分析

针对多因素影响下偏振光在散射介质中的一般传输特性,系统分析了入射光波长、介质厚度、粒子参数和入射光偏振态等物理属性对偏振光子传输特性的影响。采用蒙特卡罗方法,追踪每个光子的偏振态变化,通过统计分析偏振度变化曲线得到光经过多次散射后的斯托克斯矢量和偏振信息,并对偏振光在散射介质中的传输规律进行分析。仿真实验表明相对于波长比较大的粒子对入射光的偏振态改变较小;线偏振光能较好地保持自身偏振态;圆偏振光能够在较短时间内重新恢复自身偏振状态,粒子半径越大恢复能力越强,并且在向前传输的过程中其旋转方向会发生改变。     

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。     

云的多次散射对激光雷达测量结果影响的研究

为了更加准确地获得大气消光系数和后向散射系数,利用半解析Monte Carlo方法对云的大气多次散射激光雷达回波信号进行了模拟计算。分析了激光雷达接收视场角及光学厚度对多次散射回波信号的影响及水云和卷云多次散射因子与光学厚度的关系。激光雷达测量数据的对比结果表明,多次散射对卷云和水云消光系数影响较明显,而对后向散射系数的影响可以忽略。     

多普勒激光雷达回波信号的蒙特卡罗模拟

为了研究光在复杂几何形状和非均匀介质,尤其是激光在大气中的多次散射传输问题,采用半解析蒙特卡罗方法,对不同气象条件和系统参量下的激光雷达回波信号进行了数值模拟,得到了相对回波信号随时间变化的分布曲线,并分析了接收机视场角对回波信号的影响。结果表明,当接收视场角较小时,回波信号曲线与单次散射曲线近似重合,随着接收视场角的增大,单次散射作用减弱,多次散射作用增强。     

非均匀植被地表散射的Monte Carlo数值模拟与实验观测

用Monte Carlo方法数值模拟电磁波在非均匀植被地表和目标的多次散射,得到随散射计空间移动观测下进而均匀植被地表的散射模拟结果,并与X波段散射计辐射计组合系统的观测试验的测量结果作了对比。     

激光在水下传输过程中退偏的蒙特卡罗模拟

通过对光子水下传输过程的MonteCarlo模拟,研究了海水对偏振激光的退偏振作用,得到了不同海水深度的退偏振度,同时研究了不同海水表观光学性质对海水退偏振的影响.结果表明,含有大量粒子的海水对偏振激光有明显的退偏振作用,当达到某一特定深度时,偏振激光将变成完全非偏振光.海水中分布的大小不一的微粒是海水退偏振作用的主要原因,同时海水的表观光学性质对海水的退偏振作用有着很显著的影响,随着海水总体衰减系数的增大,偏振激光完全退偏的传输距离变短.     

光束发射参数对蓝绿激光海洋传输特性的影响

蓝绿激光位于海水低损耗窗口区,由于水体吸收和散射,光束在水下传输将发生时空扩展和波形畸变。基于蒙特卡罗仿真分析了蓝绿激光海洋传输特性,特别是激光发射参数对接收光场分布的影响。提出通过调节发射端的光束发射参数,对发射光束进行预聚焦,可在一定程度上抵消水体传输引起的光束扩散影响。分析和仿真结果表明,IB水体中,当预聚焦角度与水体小角度散射特征值相当时,可在设计汇聚距离前形成一段光束扩散缓慢的平坦传输区域;当预聚焦角度大于小角度散射特征值的2倍时,可在设计聚焦距离附近形成汇聚效果;预聚焦角度越大,汇聚效果越明显;水体变差时,相应有效汇聚距离变短。研究成果为调控蓝绿激光信号在海水的传输特性提供了一种新的思路。     

舰船尾流气泡多重散射偏振特性研究

舰船尾流气泡的多次散射效应对光尾流探测领域的研究具有重要意义.针对水中气泡多次散射对后向散射光强以及偏振度的影响规律问题,基于矢量Monte Carlo方法,采用欧拉矢量法对光子在水中气泡后向散射偏振态进行跟踪,对比分析了线偏振、圆偏振激光入射情况下,不同散射次数回波信号在强度和偏振度特性上的差异性,验证了欧拉矢量法用于光尾流探测仿真领域的可行性.     

光在不同浓度介质中散射传输的偏振特性分析

文中以典型偏振蒙特卡罗模型为基础,引入了一种介质浓度系数的表征方法,设计实现了一个光在不同浓度介质中散射传输的三维仿真系统,分析了引入浓度系数方法的可行性,并讨论了光在不同浓度介质中散射传输的偏振特性影响.仿真实验结果表明,文中方法实现了散射介质浓度的表征.散射介质浓度对斯托克斯矢量各分量强度和偏振度有着直接影响;斯托克斯矢量各分量的强度随散射介质浓度增加呈近似指数衰减;光在散射介质中传输后,偏振度随浓度系数变化总体趋势呈\"倒N\"型.