激光气象雷达多次后向散射信号特性分析

利用小角近似方法，分别给出了单次和多次后向散射激光雷达方程.通过引入的多次散射评价参量，分析了接收视场角和光学厚度等因素对多次后向散射信号的影响.理论研究表明:多次后向散射主要与接收视场角和光学厚度密切相关，当接收视场角比发射视场角大10倍，光学厚度超过3时, 多次后向散射信号逐渐增大并占主要优势，当接收视场角比发射视场角大100倍时，光学厚度超过1时，多次后向散射信号开始明显增强.     

近距离雾的激光多次散射模拟

为了满足精确快速获取雾的多次散射仿真需求,在近程雷达距离较近情况下,将雷达方程和Mie散射理论相结合,提出一种快速有效的激光多次散射计算方法.首先通过雾滴谱模型建立雾颗粒的几何模型,然后根据Mie散射理论获得的单个粒子的散射函数计算激光在雾模型中单个颗粒的一次散射和二次散射功率密度,结合雷达方程推导出雾的多次等效散射截面和散射系数计算函数.模拟计算表明:雾的激光二次等效散射截面与雾浓度的2/3次方成正比,二次散射系数随能见度增加的衰减比一次散射系数快.     

小斜率近似在粗糙面激光散射BRDF计算中的应用

基于小斜率近似法建立了粗糙面激光散射双向反射分布函数的数学模型,采用该模型计算了粗糙度参量已知的合金铝样片的双向反射分布函数值,计算结果与实测结果吻合良好,验证了模型的正确性.研究了粗糙度参量和样片光学常量对双向反射分布函数的影响,结果表明,粗糙面激光散射的双向反射分布函数与表面高度起伏均方根、自相关长度及样片光学常量相关.当入射波长一定时,高度起伏均方根越大,或者自相关长度越小,粗糙面粗糙度越大,入射激光的漫反射特性越强,双向反射分布函数峰值越小且分布越分散;当粗糙度一定时,样片光学常量对双向反射分布函数影响较大,粗糙面对入射激光复折射率的虚部越大,样片双向反射分布函数的峰值越小,当粗糙度参量增大时,样片光学参量对双向反射分布函数的影响逐步减弱.     

沙尘暴粒子的非球形模型及其对激光的多次散射特性研究

计算沙尘暴对电磁波的衰减特性,以及利用卫星反射率遥感反演沙尘暴的光学厚度时,通常假设沙尘粒子为球形,但实验室和现场测量结果都表明,自然界中的沙尘粒子为非球形,因此利用球形粒子模型模拟沙尘暴对激光的散射和衰减特性将带来较大误差。利用具有一定尺寸分布、形状分布、随机取向的椭球粒子模型模拟自然界中的沙尘粒子,利用T矩阵方法计算了其单次散射特性,并与球形粒子模型进行了比较,结果表明,混合椭球粒子的相函数随角度分布是平滑的、无特征的、且在侧散射方向上是平坦的,这和自然界中的沙尘粒子散射特性非常类似。最后利用累加法计算了沙尘暴对激光的多次散射特性,结果表明,利用任何一种单一形状的粒子模拟沙尘粒子的散射特性都会带来较大的误差。     

激光溶胶的光散射特性

介绍了一种掺Nd2O3纳米颗粒的溶胶体系,对其光散射特性和消光系数进行了理论分析和数值模拟.结果表明,当溶胶体系中Nd原子的浓度为1.386×1020cm-3Nd2O3纳米颗粒的半径为5nm、相对折射率小于1.25时,对1064nm波长激光的散射损耗不超过0.002 cm-1.因此,掺Nd2O3纳米颗粒的溶胶体系可能是一种理想的激光介质.     

海面的激光散射特性

基于随机面元模型,建立了海面对激光散射的理论模型,详细分析了海面散射的退偏振特性。理论分析表明：除后向外其它方向的散射光都存在部分退偏振现象;但是浮于海面上或悬浮于海面的物体表面对激光散射所具有的退偏振特性明显不同于海面散射的退偏振特性。因此可以根据这些差异来遥感海面的漂浮或悬浮物体,该结论已经被实验证实。     

海面的激光散射特性

 基于随机面元模型，建立了海面对激光散射的理论模型，详细分析了海面散射的退偏振特性。理论分析表明：除后向外其它方向的散射光都存在部分退偏振现象；但是浮于海面上或悬浮于海面的物体表面对激光散射所具有的退偏振特性明显不同于海面散射的退偏振特性。因此可以根据这些差异来遥感海面的漂浮或悬浮物体，该结论已经被实验证实。     

前向散射对激光水下成像的影响

为研究前向散射对水下成像的影响,利用辐射传输理论建立了激光水下成像前向散射理论模型,提出了水下成像前向散射影响系数,用以表征前向散射对水下成像质量的影响程度,并给出了前向散射功率及前向散射影响系数的解析表达式。利用Matlab进行了数值模拟分析,得出了水下成像前向散射光功率和影响系数随探测水深及水衰减系数的变化规律,说明了非对称因子的取值对成像质量具有较大的影响。     

前向散射对激光水下成像的影响

为研究前向散射对水下成像的影响,利用辐射传输理论建立了激光水下成像前向散射理论模型,提出了水下成像前向散射影响系数,用以表征前向散射对水下成像质量的影响程度,并给出了前向散射功率及前向散射影响系数的解析表达式。利用Matlab进行了数值模拟分析,得出了水下成像前向散射光功率和影响系数随探测水深及水衰减系数的变化规律,说明了非对称因子的取值对成像质量具有较大的影响。     

Multiple Scattering in Random Mechanical Systems and Diffusion Approximation

This paper is concerned with stochastic processes that model multiple (or iterated) scattering in classical mechanical systems of billiard type, defined below. From a given (deterministic) system of billiard type, a random process with transition probabilities operator P is introduced by assuming that some of the dynamical variables are random with prescribed probability distributions. Of particular interest are systems with weak scattering, which are associated to parametric families of operators P _h , depending on a geometric or mechanical parameter h, that approaches the identity as h goes to 0. It is shown that (P _h ? I)/h converges for small h to a second order elliptic differential operator ${\mathcal{L}}$ L on compactly supported functions and that the Markov chain process associated to P _h converges to a diffusion with infinitesimal generator ${\mathcal{L}}$ L . Both P _h and ${\mathcal{L}}$ L are self-adjoint (densely) defined on the space ${L^2(\mathbb{H},\eta)}$ L 2 ( H , η ) of square-integrable functions over the (lower) half-space ${\mathbb{H}}$ H in ${\mathbb{R}^m}$ R m , where η is a stationary measure. This measure’s density is either (post-collision) Maxwell-Boltzmann distribution or Knudsen cosine law, and the random processes with infinitesimal generator ${\mathcal{L}}$ L respectively correspond to what we call MB diffusion and (generalized) Legendre diffusion. Concrete examples of simple mechanical systems are given and illustrated by numerically simulating the random processes.     

利用受激布里渊散射效应补偿激光大气传输过程中的畸变

提出了利用受激布里渊散射的阈值效应主动在非配合,扩展目标上实现小面积信标的方法,在不同的大气扰动条件（Cn^2=10^-16--10^-12)下,对激光的远距离（10km)补偿传输过程进行了模拟计算,获得了到达目标上的相位共轭光的光强分布。分别在不同的实验环境进行了激光补偿传输实验,其中激光补偿传输距离最远达到250m。实验结果证实了利用受激布里渊散射实现激光大气传输补偿的有效性,证明利用阈值效应在目标上主动获得小面积信标的方法是可行的。     

QL-Born迭代法电磁散射计算

积分方程法是多维电磁响应的数值模拟和反演计算的有效方法之一.在线性化散射电磁场积分方程的基础上,采用迭代Born近似法进行了电导率成像反演.针对迭代Born近似法反演依赖初始模型,而QL近似法无需给定初值的特点,提出了两步法(QL-Born迭代法),用QL近似法计算的结果作为Born迭代法的初始模型,避免人为设置初值,并进行了数值实验.     

激光目标探测装置的回波特性及目标识别技术研究

提出了一种基于目标面元三维坐标和脉冲飞行时间的激光目标探测装置的回波脉冲功率描述方法,理论推导了激光目标探测装置的探测目标和气旋粒子的面元散射光功率和回波总功率的计算公式,并给出了回波信号的仿真计算脉冲波形.同时根据目标和气旋粒子回波脉冲的幅度 脉宽信息,提出了识别目标与干扰脉冲波形的新方法.     

Multiple Scattering Solution of Millimeter Wave Propagation in Strong Sandstorm

As the operating frequencies of communication systems more higher into the millimeter wave range, and the density of particles in medium is more denser, the effects of multiple scattering in sandstorm become more significant. This paper treats the problems of electromagnetic multiple scattering in strong sandstorm by the Monte Carlo method. Based on the analytical theory of multiple scattering, the millimeter wave propagation and scattering in discrete random media are investigated by means of the particle-tracking technique. The millimeter wave is regarded as a Markov chain of wave particle collisions in a medium in which it is scattered and absorbed. Considering the effect of multiple scattering, millimeter wave attenuation induced by strong sandstorm is simulated numerically. The values of theoretical calculation are in good agreement with the measured results of simulated experiment at 34 and 93 GHz.     

光束在尾流气泡中传输的复散射效应

为了了解光束在尾流气泡中的传输特性,为前向光尾流的探测提供理论依据,研究了光束在尾流中传输时传播方向上和横截面方向上的辐射强度分布特性.基于辐射传输方程的小角度近似解,得到了探测截面上的约化强度和漫射强度的表达式,其中漫射强度表征了复散射的强弱|针对典型的尾流气泡分布,通过数值计算分析了光束传输方向上的约化强度和漫射强度与接收视场角、光学厚度和光束大小的关系,也计算分析了光束横截面方向上的辐射强度随光束大小和横向距离的变化关系.结果表明,光束在尾流气泡中传输时复散射效应明显,且复散射的强弱与接收视场角、光束直径、光学厚度和横向距离密切相关.     

光束在尾流气泡中传输的复散射效应

为了了解光束在尾流气泡中的传输特性,为前向光尾流的探测提供理论依据,研究了光束在尾流中传输时传播方向上和横截面方向上的辐射强度分布特性.基于辐射传输方程的小角度近似解,得到了探测截面上的约化强度和漫射强度的表达式,其中漫射强度表征了复散射的强弱;针对典型的尾流气泡分布,通过数值计算分析了光束传输方向上的约化强度和漫射强度与接收视场角、光学厚度和光束大小的关系,也计算分析了光束横截面方向上的辐射强度随光束大小和横向距离的变化关系.结果表明,光束在尾流气泡中传输时复散射效应明显,且复散射的强弱与接收视场角、光束直径、光学厚度和横向距离密切相关.