雨滴特性及对激光信号传输的影响

论文摘要

激光工作于光波频段,对大气的穿透能力较弱,易被大气中的分子、气溶胶、烟尘等散射和吸收,造成光信号的衰减,探测能力下降,对激光引信的工作性能造成影响,因此研究激光在复杂大气环境中的传输特性具有重要的意义。本文主要研究降雨对激光信号的散射、衰减特性及对激光引信信号传输的影响。本文根据雨滴特性和微粒散射理论仿真分析了衰减效率因子随雨滴尺寸参数的变化特征,同时仿真分析了微粒散射光强空间分布规律；并推导了激光入射单雨滴的衰减理论计算公式和激光降雨衰减理论计算公式；通过实验分析了雨滴、雨场对532nm及1064nm激光信号的衰减。实验发现激光束入射雨滴时透射率随雨滴半径和数目的增大相应减小；两种波段激光在模拟雨场传输时衰减相差并不明显,在降雨率较大时532nm绿激光相比1064nm红外激光有较高的透射率。在主动激光引信距离方程的基础上分析了不同降雨率对激光回波信号的衰减,在毛毛雨到中雨的范围内,激光引信信号的衰减相对较小,当降雨率进一步增大,信号衰减较严重；仿真计算了不同降雨率下雨滴后向散射对激光引信信噪比的影响；最后运用蒙特卡罗方法模拟了激光脉冲信号在不同降雨率下以及不同传输距离时的脉冲展宽和延时特性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 2 雨滴特性
• 2.1 雨的分类
• 2.2 雨滴的尺寸形状
• 2.3 雨滴的降落末速度
• 2.4 水的折射率
• 2.5 常用雨滴谱模型
• 2.5.1 Laws-Parsons雨滴尺寸分布
• 2.5.2 Marshall-Palmer雨滴尺寸分布
• 2.5.3 gamma雨滴尺寸分布
• 2.6 本章小结
• 3 激光信号雨衰减特性
• 3.1 微粒散射理论
• 3.1.1 Mie理论基础和物理参数
• 3.1.2 衰减效率因子
• 3.1.3 散射相函数
• 3.1.4 独立散射与多次散射
• 3.2 单雨滴衰减理论计算
• 3.3 降雨衰减理论计算
• 3.4 本章小结
• 4 雨滴、雨场实验及数据分析
• 4.1 雨滴实验
• 4.1.1 雨滴实验原理
• 4.1.2 实验设备
• 4.1.3 雨滴实验数据分析
• 4.2 雨场实验及数据分析
• 4.3 本章小结
• 5 降雨对激光引信信号的影响
• 5.1 激光引信原理
• 5.2 降雨对激光引信信号的衰减
• 5.3 雨滴后向散射对激光引信的信噪比影响
• 5.4 降雨对激光信号脉冲展宽和延时影响
• 5.5 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 存在问题及今后努力方向
• 致谢
• 参考文献