雾对激光制导的影响及卫星表面光散射研究

论文摘要

光散射理论是光传输、目标特性等领域的研究热点。本论文较系统地研究了雾粒子散射及其在激光制导炸弹中的应用和卫星表面的光散射特性。在激光制导技术方面，由于大气粒子对激光制导炸弹的影响十分明显，在能见度比较低的天气情况下，激光制导炸弹命中目标的精度就会降低以至偏离目标甚至不能命中目标。本文研究了两种照射方式下雾粒子散射对激光制导炸弹的命中精度的影响，为提高激光制导炸弹的精度提供理论依据。在卫星表面的光散射方面，针对“风云一号”卫星和“长曲棍球”卫星，研究了这两种卫星表面对太阳光的散射特性，为探测和识别卫星提供了参考。 论文取得的研究成果主要有： 1．本文利用Mie理论并结合粒子尺度分布函数，研究了群体雾粒子的单次散射问题，提出了群体雾粒子的散射计算模型，在该模型的基础上研究了群体雾粒子的散射角谱。对于群体粒子的多次散射问题，本文从多次散射方程出发，提出了利用扩展球谐函数来求解多次散射方程，最后得到了群体雾粒子多次散射光强的计算模型。 2．针对激光制导炸弹工作在能见度较低(有雾)时，命中精度下降的问题，提出了分析雾粒子散射对激光制导炸弹命中精度影响程度的计算模型。在该模型基础上，详细计算了地面照射和空中照射两种方式下，接收器接收到的雾粒子散射光强占总的接收光强的百分比并进行了分析，计算结果与实验数据符合的较好，然后得出了雾粒子散射对激光制导炸弹的影响程度，并初步分析了命中误差。 3．基于Kirchhoff近似理论，分别从朗伯定律和高斯随机统计模型这两个方面分析了卫星表面散射太阳光产生的地面照度随观测时间的变化曲线，结果表明：卫星表面为高斯随机统计表面的地面光照度比把卫星表面看作朗伯表面得到的地面光照度值小。这是因为粗糙表面上的面元，在相同观测角情况下，由于遮蔽情况的存在，有一部分对观察者是没有贡献的，因此，总的叠加结果要比漫散射情况要小。 4．分析研究了在轨卫星在翻滚状态下，卫星表面的光散射特性。提出了分析了翻滚卫星表面光散射算法，然后分析了风云一号卫星和长曲棍球卫星在翻滚状态下，卫星表面散射太阳光产生的地面照度的变化特征，结果表明，

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 光散射理论的国内外研究现状
• 1.2.1 粒子的光散射理论进展
• 1.2.2 粗糙面的光散射理论进展
• 1.2.3 大气微粒散射计算的研究动态
• 1.2.4 粗糙表面散射计算的研究动态
• 1.3 本文的研究内容和主要工作
• 1.3.1 本文内容安排
• 1.3.2 论文特色和创新点
• 第二章 大气散射理论基础
• 2.1 引言
• 2.2 粒子散射的基本描述
• 2.2.1 散射幅度与象函数
• 2.2.2 散射截面与消光截面
• 2.2.3 消光截面与散射幅度函数
• 2.3 Rayleigh散射
• 2.3.1 Rayleigh散射概述
• 2.3.2 Rayleigh散射截面
• 2.3.3 Rayleigh散射光强
• 2.3.4 Rayleigh散射的特征
• 2.4 Mie散射
• 2.4.1 Mie散射概述
• 2.4.2 Mie系数
• 2.4.3 Mie散射光强
• 2.4.4 Mie散射的特征
• 2.5 小结
• 第三章 雾粒子散射
• 3.1 引言
• 3.2 单个雾粒子散射
• 3.2.1 散射光强与粒子尺度
• 3.2.2 散射光强与折射率
• 3.2.3 消光效率因子与粒子尺度
• 3.3 群体雾粒子的散射
• 3.3.1 粒子尺度分布
• 3.3.2 单次散射近似
• 3.3.3 多次散射
• 3.4 小结
• 第四章 雾粒子散射对激光制导炸弹的影响
• 4.1 引言
• 4.2 雾粒子散射对激光制导炸弹的影响
• 4.2.1 激光制导炸弹简介
• 4.2.2 能见距离与散射系数
• 4.2.3 地面照射时雾粒子散射对激光制导炸弹的影响分析
• 4.2.4 空中照射时雾粒子散射对激光制导炸弹的影响分析
• 4.2.5 命中误差分析
• 4.3 粒子散射计算与仿真软件介绍
• 4.3.1 软件简介
• 4.3.2 软件安装及界面
• 4.3.3 注意事项
• 4.4 小结
• 第五章 粗糙表面散射理论基础
• 5.1 引 言
• 5.2 粗糙表面散射理论
• 5.2.1 Kirchhoff近似
• 5.2.2 微扰近似
• 5.2.3 高斯随机面元统计散射模型
• 5.3 小结
• 第六章 卫星轨道确定
• 6.1 引言
• 6.2 卫星轨道计算
• 6.2.1 轨道分类
• 6.2.2 轨道要素
• 6.2.3 开普勒方程及解法
• 6.2.4 轨道计算
• 6.3 小结
• 第七章 卫星表面光散射特性研究
• 7.1 引言
• 7.2 正常运行卫星表面的光散射特性研究
• 7.2.1 太阳辐射
• 7.2.2 典型漫反射几何表面散射太阳光产生的地面光照度计算
• 7.2.3 太阳、卫星、观测站三者位置关系
• 7.2.4 风云一号卫星表面光散射特性
• 7.2.5 长曲棍球卫星表面光散射特性
• 7.3 非正常运行卫星表面的光散射特性分析
• 7.3.1 翻滚卫星表面光散射算法
• 7.3.2 风云一号卫星翻滚状态下的光散射特征
• 7.3.3 长曲棍球卫星翻滚状态下的光散射特征
• 7.4 卫星表面的光散射特性软件
• 7.4.1 软件简介
• 7.4.2 软件安装及界面
• 7.4.3 注意事项
• 7.5 小结
• 第八章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历及攻博期间已发表和已录用的学术论文