星载激光对潜通信的多径效应研究

利用半解析蒙特卡罗方法计算光子在地球大气和海水中传输的多径时间扩展效应,大气和海水信道的散射相位函数采用修正Henyey-Greenstein函数,根据标准大气数据对散射和衰减系数进行加权处理.结果表明:光脉冲在地球大气和海水中传输时的多径时间扩展与卫星高度、水下深度及大气和海水的散射强度有关;水下接收信号的平均多径时间扩展可达33.4～34.9 μs,最大时间扩展可达160μs;星载激光对潜通信下行链路的多径时间扩展效应不能由大气和海水各自的多径时间扩展效应和表示.     

用零维能量平衡气候模型分析大气气溶胶的气候效应

将大气短波吸收系数的增加量假设为晴空大气反照率的增加量的线性函数,综合考虑云对能量传输的调节及其与地气系统之间复杂的非线性相互作用,利用零维能量平衡模型分析了气溶胶的气候效应。分析计算结果发现,大气气溶胶含量增加可能引发的气候变化主要是：(1) 大气温度升高,地表感热输送和蒸发潜热减少,这会引起全球干旱; (2) 气溶胶使地面升温还是降温,主要依赖于大气对太阳辐射的吸收能力和晴空大气的反照率,地表反照率反馈机制使气溶胶的气候效应得到加强。     

降雨衰减对激光引信精确定距的影响

针对脉冲激光引信系统在降雨等复杂环境下定距性能下降的问题,根据激光在离散随机介质中的传输和散射理论,计算了降雨中的散射和衰减系数.建立激光脉冲在降雨中的蒙特卡罗法传输模型,并模拟降雨衰减对激光引信精确定距的影响.模拟结果表明,雨滴的散射和衰减作用,会使激光脉冲在传输过程中产生一定的衰减和延时.传输距离为500m时能量已衰减44％.降雨衰减系数越大,激光信号衰减及波形畸变越严重.脉冲宽度窄的发射信号,传输延时小,但能量衰减比较大.随着脉冲宽度的增加,传输延时增大,但能量衰减相对减小.     

激光在大气中传输特性的仿真研究

大气对激光传输产生光强闪烁、光束漂移及光斑扩展等影响,严重限制了激光通信、激光测距等系统的工作性能。因此全面开展大气信道中激光传输特性研究是十分重要和必要的。主要研究建立了大气吸收、大气散射衰减效应理论模型及光强起伏、光束漂移和光斑扩展等大气湍流效应影响模型。在分析各模型的基础上,重点进行大气吸收、散射理论模型的仿真和大气湍流对激光传输特性影响模型的仿真。仿真结果表明:大气的吸收和散射将对功率产生衰减;大气抖动引起的激光散斑效应、光束偏折和扩展效应将影响跟踪精度和视轴对准精度;大气湍流引起的光功率波动效应将影响通信的速率和误码率。     

含气泡粒子辐射特征的有效介质理论适用性研究

采用离散偶极近似法和Bruggeman有效介质理论分别计算了气泡个数为49、99、149、199、249和299的含气泡粒子的辐射特性参数.比较分析后发现:对于衰减因子、吸收因子和散射因子,在气泡数目小于一定值时,有效介质理论具有较好的适用性,反之适用性较差;对于单次散射反照率和非对称因子,有效介质理论均具有较好的适用性.同时证明了Michael教授关于有效介质理论对含气泡粒子适用性推测的片面性.     

含气泡粒子辐射特性的有效介质理论适用性研究

采用离散偶极近似法和Bruggeman有效介质理论分别计算了气泡个数为49、99、149、199、249和299的含气泡粒子的辐射特性参数.比较分析后发现:对于衰减因子、吸收因子和散射因子,在气泡数目小于一定值时,有效介质理论具有较好的适用性,反之适用性较差;对于单次散射反照率和非对称因子,有效介质理论均具有较好的适用性.同时证明了Michael教授关于有效介质理论对含气泡粒子适用性推测的片面性.     

基于Mie理论的四种典型水云的光散射计算

在Mie理论的基础上,利用修正伽马函数来描述水云的粒子尺度分布,计算了一类层云、二类层云、一类层积云和二类层积云这四种典型水云的消光系数、单次散射反照率、不对称因子和散射相函数.结果表明,粒子的消光系数、单次散射反照率和非对称因子随着入射波长的增加有较大的起伏,后两者随着波长的增加其变化趋势基本一致;消光系数主要受云中液态水含量的影响;对于单次散射反照率来说,在可见光波段,反照率非常接近于1;在短波段,粒子的非对称因子变化较小,并且随着波长的增加,非对称因子会逐渐增大;Mie相函数随着散射角的增加呈现出先减小后增大的趋势,但相函数随着波长的增加,并没有呈现出简单的线性关系.     

激光在大气中的传输特性研究

激光在大气中传输受到大气的吸收,大气中微粒的散射和折射的影响,使激光在传输过程中能量不断衰减。本文以激光测距设计的应用要求为出发点,从大气的组成入手,对激光在大气中传输的理论特性进行研究,并推导激光在大气中传输损耗的数学公式。针对以上几个因素的影响,本文在选择波长的基础上,用MATLAB软件对激光经过大气散射后的透射率进行模拟,并对模拟结果进行分析。通过数据计算和MATLAB软件的模拟证明,在传输距离相同的条件下,波长越长,分子的散射越弱;波长越短,其散射越明显。     

二维激光海面漫反射能量分布特性

针对激光点对点通信方式的不足,根据实战需要提出了利用海面作为激光漫反射媒介进行组网通信的设想,并且采用前后向迭代的数值方法结合格林函数谱加速算法对激光海面漫反射通信的能量分布特性进行了研究.通过仿真计算和实验验证,得出了二维激光海面双站散射系数,并对激光光束入射海面后的散射场进行了分析.结果表明:入射激光束经过粗糙海面散射后,能量大部分集中在前向散射区域上,而后向散射强度很弱,并且在散射场的边缘处能量迅速衰减,说明激光海面漫反射组网通信方法是可行的.     

大气中气溶胶颗粒对红外激光的散射特性研究

在利用红外激光雷达探测大气中各种成分浓度时,研究大气中气溶胶颗粒在该红外波段的光学散射特性有重要意义.特别是大气中气溶胶颗粒的散射系数和后向散射率是基于红外激光雷达探测大气后向散射回波信号的重要参量,直接影响探测系统的测量精度和有效探测距离.根据等效球的米氏散射理论,分析大气气溶胶颗粒在该波段的散射效率因子和散射相函数,可准确计算出不同半径和不同密度时大气气溶胶颗粒的散射系数和后向散射率大小.利用仿真模型计算得出,当大气气溶胶颗粒的半径增加时,其散射效率因子的数值振荡衰减,最终稳定于2.04处;而当入射激光波长不变时,大气气溶胶颗粒的后向散射率数值与其半径的变化呈反比.     

大气激光通信链路功率分析研究

在现代激光通信传输中,大气对光传输过程中的衰减和起伏影响,已严重影响了激光通信的发展。为提高通信距离、速率和通信质量,抑制大气对激光通信的不利影响是十分重要的。本文针对野战激光通信环境,对激光在大气中的传输模型进行通信链路功率计算,对大气对光功率的衰减和损耗进行了分析,为实际大气激光通信的应用提供一定的理论依据。     

基于MCML的大气偏振特性仿真与分析

太阳光通过大气层时会与大气粒子间发生相互作用从而产生偏振光,天空中各种不同属性的偏振光叠加,便形成了包含大气信息参数在内的各种信息的大气偏振模式分布。文章研究了太阳光散射形成的大气偏振特性,分析了基于蒙特卡洛理论的仿真方法,在实现大气偏振模式仿真的基础上,将实际检测结果与理论仿真模型进行对比分析,验证了该方法的正确性。     

日盲区紫外光非视线传输模型

为建立一个更接近实际情况的紫外光非视线传输模型,用来处理复杂的大气条件和边界条件,建立了基于Monte Carlo方法的紫外光非视线传输快速算法模型。分析了发射功率为1 W的单色紫外光信号在不同环境条件下的脉冲响应函数和边界条件对信号强度空间分布的影响,以及系统发射仰角和接收仰角与探测信号强度的关系。与单次散射模型比较,该模型具有更高的精度和边界处理能力。对合理涉及通信系统、提高通信质量都有很大提高。     

基于Monte Carlo方法的扩散光在组织体中传输过程研究

光在组织体中的传输过程是扩散光的随机吸收和散射的过程,采用辐射传输方程来表示,由于方程比较复杂,无法直接得到解析解,传统方法是通过蒙特卡罗(Monte Carlo)仿真模拟。通过对经典蒙特卡罗方法中的步长和权重的更改,完成对光子在组织体中传输过程的快速仿真。在相同的仿真条件下,同时对经典蒙特卡罗方法和改进的方法进行仿真实验,改进方法能够大幅度提高仿真速度;并对于含有异质子的组织体进行仿真,结果表明改进的方法不仅提高了速度,而且保证了实验结果的准确性。     

基于纳米MOSFET噪声的背散射系数研究

传统噪声理论提取背散射系数时,引入的参量较多并依赖量子力学计算,或是采取大量的假设而使得到的结论存在偏差.本文将基于Navid模型推导MOSFET噪声的背散射系数,进一步得到了短沟道器件在线性区和饱和区的背散射系数,并给出测量背散射系数的方法.在此基础上,对背散射系数随沟道长度、偏置电压和温度的变化特性进行分析,除此之外,用实验和Monte Carlo模拟验证了背散射系数与偏置电压特性,该方法得到的背散射系数与各参量的变化特性与文献给出的结果相吻合.     

激光到达角误差修正方法研究

由于大气介质的不均匀性,导致大气折射率不再是常数,使得激光在大气中传播时产生折射效应,最终使激光束到达角产生误差,影响系统的通信性能.为了减小到达角产生的误差,提高系统的性能,提出了一种利用纯转动拉曼激光雷达修正对流层目标定位误差的方法,根据角度折射误差来调整光源仰角的方法.通过对新方法仿真计算证实,在进行远距离光通信时,经过大气折射误差修正后,可以在很大程度上提高光通信的速率,减小误码率.     

水下激光探测系统实现关键技术

激光探测技术可以弥补声呐探测的局限性,在辨析激光探测理论的基础上,利用蒙特卡洛模拟方法对海水中激光传输特性进行仿真分析,根据传输特性仿真结果以及系统需求的探测距离选择激光器,接收系统选择光阴极触发的增强型电荷耦合(intensified charge-coupled device,ICCD)相机,控制系统选择距离选通法进行控制,采用ZEMAX激光扩束器对激光进行简单的扩束仿真,确定了激光水下探测系统的设计方案并进行了硬件设计与实现.最后通过水下激光传输实验对信道特性进行研究.根据实验数据分析可以看出:不同的水质下,接收视场角越大,接收孔径越大,则接收能量越大;对于清澈水域,激光传输的情况又受到不同粒子的干扰,传播情况与光波长、粒子尺寸、形状、浓度均密切相关.     

用MCNP程序计算水平辐照孔道屏蔽

研究堆中水平辐照孔道用以从堆芯附近引出高能中子流。由于水平辐照孔道的几何形状比较复杂 ,采用两维输运计算模型将会引入较大的误差 ;同时 ,在计算过程中由于粒子穿行的距离比较长 ,所需的计算时间也是很大的。讨论了如何用 Monte Carlo方法的 MCNP程序进行水平孔道的屏蔽计算 ,引入了分段 -衔接计算方法 ,着重介绍了与 MC-NP的接口和表面源的设置问题。计算结果表明 ,分段 -衔接的 MCNP方法能够大大的改善 Monte Carlo方法的抽样 ,很好地解决水平辐照孔道的屏蔽计算问题