激光探测有毒污染气体的仿真研究

论文摘要

本文主要是以Monte-Carlo方法作为主要手段,对激光探测有毒污染气体的物理过程进行了仿真,研究有毒气体DMMP粒子的激光散射特性,进行粒子探测和识别。首先利用Monte-Carlo基本原理建立了激光在有毒气体DMMP中传输的理论模型,并根据粒子激光散射特性,模拟了两种分布的激光光束（圆平面分布和高斯分布）的光能流率和漫反射强度的空间特性分布以及时间特性分布。比较了颗粒半径不同时,漫反射强度的时间特性分布情况,给出粒子的尺寸对粒子散射特性模拟结果的影响。为了更好的研究激光在DMMP中的传输情况,建立半无限厚频域方程,并对频域进行傅立叶变换,计算出时域的时间分辨漫反射,得到漫射解的表面漫射光分布结果并与Monte-Carlo仿真的结果相比较,进一步证明理论研究和Monte-Carlo方法结果的一致性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 激光探测大气的方法
• 1.2 模拟污染气体粒子激光散射特性的Monte-Carlo 方法
• 1.2.1 Monte-Carlo方法简介
• 1.2.2 Monte-Carlo 方法用于模拟污染气体粒子的特性
• 1.3 本文的研究目的以及研究内容
• 第二章 污染气体粒子激光散射原理
• 2.1 光在大气中传输的散射理论
• 2.1.1 散射概念及原因
• 2.1.2 散射理论的发展
• 2.2 有毒气体 DMMP 粒子激光散射的计算
• 2.2.1 瑞利散射
• 2.2.2 Mie散射
• 2.3 光的多次散射
• 2.3.1 光的多次散射简介
• 2.3.2 传输理论
• 2.3.3 Monte-Carlo 模拟
• 第三章 激光散射特性的Monte-Carlo 模拟
• 3.1 理论模型
• 3.2 Monte-Carlo 方法模拟光子传输的理论
• 3.2.1 随机变量的取样
• 3.2.2 介质中光传输的 Monte-Carlo 模拟
• 3.2.3 物理量的处理过程
• 3.3 Monte-Carlo 模拟粒子识别系统中的光束扩散
• 3.3.1 高斯分布光束的卷积
• 3.3.2 圆平面分布光束的卷积
• 3.4 有毒气体 DMMP 的 Monte-Carlo 模拟结果
• 3.4.1 衰减系数的计算
• 3.4.2 两种分布光束入射有毒气体DMMP 的Monte Carlo 模拟
• 3.4.3 有毒气体 DMMP 中激光传输行为时间特性的 Monte Carlo 模拟
• 3.4.4 尺度不同的有毒气体DMMP粒子Monte-Carlo模拟的对比
• 第四章 漫射解的表面漫射光分布与Monte-Carlo模拟结果的比较
• 4.1 传输方程的漫射解
• 4.1.1 漫射近似与漫射方程
• 4.1.2 漫射方程的稳态解
• 4.2 无限细光束垂直入射到半无限大介质漫射方程的解
• 4.3 比较的结果
• 第五章 仿真系统的结构与参数设计
• 5.1 引言
• 5.2 数据结构与参数设计
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 附录:Monte-Carlo模拟的部分程序
• 攻读学位期间发表的论文目录