基于蒙特卡罗方法的大气激光通信后向散射特性分析

激光在自由空间进行传输时,受大气分子和气溶胶粒子的影响,发生的后向散射效应会降低激光传输系统的可靠性,研究激光在大气中传输的后向散射效应,可以有效提高激光通信系统的安全性和保密性。利用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法对大气后向散射信道特性进行分析,建立了激光在大气中传输的后向散射理论模型,为了提高蒙特卡罗算法的计算效率,在原模型的基础上提出了一种改进的快速蒙特卡罗方法,分析了能见度、非对称因子以及介质反照率对后向散射能量的影响,利用MATLAB进行了仿真模拟分析,得出后向散射能量随能见度、非对称因子以及介质反照率的变化规律,结果表明该方法可以准确和快速地计算后向散射能量,并为激光通信系统的设计提供了依据。     

波束入射时一维动态粗糙海面的电磁散射

基于粗糙面散射场积分方程,采用目前较为普遍的前、后向加速迭代法来求解具有Pierson-Moskowitz谱的动态导体粗糙海面的波束散射问题,数值计算后向散射截面的角分布,讨论了波束和平面波入射时动态海面在不同尺度、采样间隔及不同风速下的散射截面的变化,尤其对掠入射散射做了讨论,得到了平面波和波束入射时后向散射截面随掠入射角近四次方的变化关系。     

动态海面与运动球形目标后向复合电磁散射及Doppler谱研究

应用物理光学近似和Mie理论分别求解了导体海面的表面电流及球形目标的一次散射场,利用Kirchhoff近似求解了海面的后向散射场．同时借助互易性原理降低了求解球形目标和海面之间二次耦合散射场的难度,讨论了球形目标尺寸、位置等对二次后向耦合散射场的影响,对不同入射角下后向复合散射场的Doppler频谱特性进行了详细分析．     

双色线性激光场中电子与氦原子的散射研究

应用玻恩近似理论,在一种特殊的散射模式(双色线性激光场的极化方向在电子的入射方向和出射方向所确定的平面内,并且极化方向与电子的入射方向有ψ0=38°的夹角)下,利用静电屏蔽的Yukawa势,计算了双色线性激光场中氦原子被电子散射的微分散射截面。从计算结果中可以看出,光子能量、激光强度以及交换光子数的不同对微分散射截面的变化趋势都有较大影响。     

一维海面双站电磁散射的二阶小斜率近似研究

运用二阶小斜率近似方法研究了一维海面TE波和TM波的双站电磁散射.把海面的变化看做是高斯随机过程中的皮尔森-莫斯维茨谱,并且用锥形波入射以减少人为截断误差.给出了用二阶小斜率近似法研究一维海面双站散射的数值模拟结果,并与小斜率近似法和矩量法的数值计算结果进行了比较.结果表明,二阶小斜率近似方法比小斜率近似方法更准确.     

加载偶极天线的脉冲散射特性研究

利用FDTD方法研究了无加载、均匀加载及非均匀加载偶极天线的脉冲散射特性,分析了偶极天线馈电端开路、短路及端接阻抗等3种情况下散射特性的变化.给出了高斯脉冲场垂直入射和斜入射时的单站脉冲散射场时域波形、频谱特性及能量空间分布方向图.偶极天线的脉冲散射特性的研究对研制低散射天线具有重要参考价值.     

双模激光场中电子-氩原子弹性散射

应用玻恩一阶近似理论,在电子入射方向平行于激光场的极化方向的特殊散射模式下,利用光学势模型研究了激光场中电子一氩原子散射问题。利用静电屏蔽势,应用第二玻恩近似公式对双模激光场中电子一氩原子散射进行了计算。在相位不同、散射截面出现关于v=0对称和镜面对称的情况下,这个理论方法给出了较好的结果。     

大范围粗糙海面上舰船与低空目标电磁散射的区域分解计算

提出了电磁波低掠角入射大范围二维粗糙海面上舰船与低空目标双站电磁散射的有限元区域分解方法. 建立了含共形匹配层吸收边界的区域分解法耦合边界条件,用内视法导出了相应的耦合矩阵. 在PC机上未知数求解能力达到百万数量级,对粗糙海面与目标的散射模拟规模远大于已知的快速数值方法. 该方法不仅大幅度节约内存,在运算速度上亦优于未分区的有限元方法. 数值计算同现有的前后向迭代法、广义前后向迭代法作了一致性验证,实现了大范围粗糙海面上舰船与低空目标的双站散射与海况和目标特征参数关系的数值模拟.     

聚苯乙烯的受激布里渊散射实验研究

用染料调Q红宝石激光器激发了聚苯乙烯的后向受激布里渊散射,测量了室温下的布里渊频移、入射激光转换为布里渊后向散射辐射的能量转换率、增益系数,计算了介质中的声速。     

云雾场多尺度水滴和冰晶粒子的脉冲激光后向散射特性

为研究云层中冰晶和水滴粒子的尺度、散射等光学特性对飞行结冰的影响，该文基于联合散射理论，建立多尺度水滴和冰晶粒子的激光后向散射模型，分析了水滴与冰晶粒子的光学特性对后向散射的影响。结合工程应用模拟云雾场实验环境，测试不同粒子浓度下的1.064μm和0.532μm激光后向散射。结果表明，随着云粒子浓度增加，云层后向散射发光强度增大，实测数据与理论数据最大误差不高于7%。0.532μm波长激光的后向散射功率明显高于1.064μm波长激光，云雾场后向散射与粒子浓度几乎呈线性增长，并且冰云的后向散射系数普遍高于水云，差异可达到2～30倍。     

海地粗糙面的二维分形模拟及其散射特性

利用二维带限分形函数模拟了海地粗糙面并用克希霍夫近似法计算了其远区散射场且对粗糙面的散射特性进行了分析．     

激光干涉法探测水下声信号

为实现在空中利用激光技术对水下目标进行探测的目的,提出一种从水面散射激光中获取水下声源信息的方法.利用携带声波信息的散射光和参考光的干涉现象来获取水表面声波的频率和幅度信息.采用该方法建立的实验装置可准确探测水下声信号,验证了理论和仿真程序的正确性以及该方法的可行性,为航空遥感水下目标提供一种技术途径.     

基于单光子激光雷达远距离海上测距的实现

单光子激光雷达具有探测灵敏度高、响应速度快、测量精度高等优势,但在实际工作中易受到背景噪声等问题干扰。针对海面远距离平程目标测量,提出基于高速数字信号全通道实时处理(digital signal process,DSP)研究,通过分析海面上空大气溶胶对激光测量的影响,分析不同的海面能见度对测量系统造成影响的差别,对比相同海域条件下常规测距与单光子测距威力的差别,同时开展适应海面环境的单光子回波通道的数字处理算法研究。在良好天气条件下,对海岸线静止目标53 km大山(发射光学衰减10 dB)探测概率高于95%,对海上38 km运动渔船等小目标进行实时跟踪测量,获得到目标距离信息,且该系统工作稳定可靠。     

激光辐照试件时散射现象的数字化研究

设计特定要求的数字化研究辅助电路及相应软件，分析了激光辐照材料表面时产生的散射现象，进一步揭示激光束与材料相互作用机理，用以提高材料对激光能量的吸收率，心头激光加工质量，试验结果表明此研究思路正确，与理论推断吻合。     

Laplacian分布表面的散射声场

本文假设随机粗糙表面符合Ｌａｐｌａｃｉａｎ分布，建立了来自粗糙表面的平均散射声强与物体表面粗糙度，超声频率和接收掠射角之间的闭形解析表达式。其结果的近似程度比文献［１］予言的更好。     

利用激光探测水下声场的理论研究

利用简化的一维物理模型，研究了激光束在水表面反射、散射时探测器在不同位置接收到反射、散射光光通量随时间的变化．结果表明：探测器接收到光通量的变化频率与水下声场的变化频率相同，为利用反射、散射光探测水下声场提供了理论依据，同时也对探测方法提供了基本思路．     

物面倾斜对激光三角位移测量精度影响的研究

在高精度激光三角法位移测量中，被测物面的倾斜对测量精度影响很大。本文利用光散射原理研究了物面倾斜角与激光三角位移计光电接收面上会聚光斑的光能质心的关系，进而推得了物面倾斜角与相应的倾斜误差间的关系式。实验结果与理论预计基本一致。在此基础上提出了校正倾斜误差的方法。     

扩展激光粒度仪散射光接收角上限的新方法

激光粒度仪中使用的矩形样品池的透明壁会对颗粒的散射光产生全内反射效应，该效应将限制光电探测器可接收到的散射光的散射角上限。针对此问题设计了一种棱镜式样品窗，可以有效地扩大可接收散射光的散射角范围。根据不同的需要给出了几种可以选择的方案。     

二维粗糙面激光波束散射场量均方及相关函数的二阶统计特征

在高斯波束入射下二维随机粗糙面散射特征基础上,研究波束散射场量均方和相关函数的二阶统计特征,利用误差函数获取数值计算的解析表达式．数值计算了目标几种特殊材料表面,激光波束入射下,不同材料单、双站散射场量二阶统计特征随散射角度的变化情况．详细讨论了特殊材料表面介电常数、粗糙度、相干长度,入射／散射角分别对散射场相关函数的影响．散射场量均方值函数作为粗糙面散射的相干分量,针对不同材料单、双站探测条件下,定量分析其在相关函数中的比重及随散射角的分布特征．散射场量的均方和相关函数是统计数学本质数字特征,本文所做的工作将为研究激光波束入射下粗糙面散射场量其他高阶矩统计特征奠定基础,并通过定量分析统计均方在相关函数比值关系,为开展目标激光探测中与“散斑”有关的光学特征研究提供有效技术支持．