随机介质中的矢量辐射传输理论

本文讨论了极化电磁波在随机介质中多次散射，传输和热辐射的斯托克斯矢量的辐射传输理论。其中包括随机分布离散的球形和非球形粒子的矢量辐射传输方程，离散坐标——特征分析法，付利叶变换，迭代法等数值解。讨论了非球形粒子的穆勒矩阵。并研究了密集分布的散射粒子介质的辐射传输理论，考虑了密集粒子散射的相干性，计算了有效传播常数。理论及数值结果与实验用了很好的比较。     

非均匀随机散射介质层的多次散射和热辐射的分层迭代解

为纳入矢量辐射传输方程的多次散射，将非均匀平行分层分布的随机散射介质划分成多个薄 层，利用各薄层的低阶Mueller矩阵解推导出整层的高阶散射迭代解.用这一方法计算了具有 占空比、粒子大小和温度廓线非均匀分布的平行分层随机密集球形粒子积雪层的极化热辐射 .数值结果与一层均匀随机散射层的离散坐标-特征值方法作了比较，讨论了多次散射和热辐 射与散射层各特征参数的关系，与积雪层微波遥感数据进行了对比. 关键词： VRT方程 平行分层 高阶散射解 迭代解     

非均匀散射层矢量辐射传输(VRT)方程高阶散射解的迭代法

将散射介质层在z轴方向划分成薄层，用薄层的一阶散射强度、Fourier变换和迭代方法求解散射介质整层的矢量辐射传输(VRT)方程的高阶散射解.该方法将一阶散射与高阶散射迭代结合起来，计算公式简明，可计算高阶迭代解，计算时间少.计算结果与一层均匀散射介质的VRT方程一阶Mueller矩阵解、半空间均匀散射介质二阶Mueller矩阵解、以及离散坐标-特征值特征矢量法的VRT热辐射的数值解作了全面的比较.提出并讨论了非均匀散射层主动与被动VRT方程的高阶解.本计算程序可以通用于非球形粒子多层结构及非均匀介质的散射和热辐射计算. 关键词： VRT方程 分层 迭代解     

随机非球形粒子全极化散射的时间相关Mueller矩阵解

从与时间相关的矢量辐射传输方程推导一阶Mueller矩阵解,用来模拟Gauss型平面脉冲波入射下,一层随机、非均匀取向非球形粒子的全极化双站散射.数值计算了同极化和去极化脉冲响应,与入射脉冲进行了比较,说明了随机介质的物理参数,如粒子的取向和占空比、入射角、极化以及层厚等对脉冲响应的影响 关键词： 平面脉冲波 非球形粒子 Mueller矩阵     

非球形粒子散射光的去偏振特性研究

目标对入射偏振光的散射特性反映了目标的属性信息。在Rayleigh散射理论的基础上，通过单层非球形粒子对入射偏振光的散射数学模型，应用矢量传输方程来计算非球形粒子散射的Mueller矩阵元，求解散射介质的偏振度，讨论在不同介质层厚度、粒子半径和探测角的条件下，非球形粒子散射光去偏振度的变化特性，给出了模拟仿真结果。该方法为研究目标的内部结构、厚度和粗糙度等特征以及目标的探测和识别提供了一种新的途径。     

间断有限元法求解一维矢量辐射传输

采用间断有限元法(Discontinuous finite element method,DFEM)求解一维散射性介质内矢量辐射传输问题。推导了散射性介质内矢量辐射传输方程的间断有限元离散格式,空间离散采用间断有限元离散将求解域划分为相互独立的单元,角度离散在传统的均匀分段光滑近似(Piecewise Constant Approximation,PCA)角度离散基础上进行局部加密以得到关键方向上的数值解。采用两个稳态矢量辐射传输算例对间断有限元法求解矢量辐射传输方程的正确性和计算效率进行了验证,在此基础上拓展间断有限元法应用于求解散射性介质内瞬态矢量辐射传输方程,将随着时间推移过程中的瞬态辐射信息和最终的稳态结果相比较验证了本文方法的正确性。     

烟尘中电磁波传输特性的Monte Carlo模拟

根据等效颗粒模型和分形理论,运用Mie理论和离散偶极子近似方法分别计算了烟尘簇团粒子在波长为06328?μm的电磁波入射情况下的单次散射特性.根据辐射输运理论,利用Monte Carlo方法对电磁波在烟尘中的传输特性进行数值计算,给出烟尘中反射率和透射率随入射角和烟尘厚度变化的数值结果,并分析了入射角、烟尘粒子的密度和厚度对反射率和透射率的影响.这为研究电磁波在密集分布介质中的传输特性提供了一种方法. 关键词： 烟尘粒子 离散偶极子近似 传输特性 Monte Carlo模拟     

地表双向反射对天基矢量辐射探测的影响分析

矢量辐射传输方程定量描述了辐射在地表-大气耦合介质中的传输过程,是定量遥感的基础.在处理辐射和离散介质相互作用时,如何处理多次散射、辐射偏振效应和耦合地表模型是研究的重点,直接影响定量化遥感反演的精度.文中基于逐次散射近似法求解了矢量辐射传输方程,求解过程中耦合典型地表的非偏双向反射（BRDF）模型和偏振双面反射（BPDF）模型.采用相对误差因子定量分析了地表双向反射效应和大气偏振效应对天基矢量辐射的影响.为进一步研究地表-大气耦合介质系统的偏振特性及地表大气参数的定量遥感反演提供理论支持. 关键词： 矢量辐射传输方程 逐次散射近似 定量遥感 偏振遥感     

结构各向异性对传输平均自由程的影响研究

本文研究了由定向排布的椭球形粒子组成的无序介质中微纳结构的各向异性对辐射传输平均自由程的影响机理。采用离散偶极子算法(DDA)计算单个椭球形粒子的各向异性辐射特性,为了得到多重散射下的各向异性介质的辐射特性,采用随机行走方法研究了传输平均自由程随粒子浓度、长径比、分布角度的变化关系,并与各向同性理论的计算结果进行了对比,证明了现有理论的不足。最后,利用辐射传递方程的扩散理论得到了椭球形粒子各向异性介质的表面反射能量分布图。结果表明,微纳结构的各向异性对辐射传输平均自由程和表面辐射能量分布有较大影响,对于各向异性较强的介质,在理论计算中必须加以考虑。     

一层随机非球形粒子高阶散射矢量辐射传输迭代解的参数求逆

根据一层随机非球形粒子矢量辐射传输(VRT)方程的一阶与高阶Mueller矩阵解的差异,提出了在已知一些参数的条件下,用水平与垂直同极化和交叉极化后向散射测量反演非球形粒子复介电常数和单位面积粒子数的迭代方法,并用极化后向散射强度的模拟测量数据及机载合成孔径雷达(Air SAR)实测数据进行了反演试验,并对反演值与各参数的关系以及测量噪声对反演的影响进行了讨论.     

粗糙面上粒子层矢量辐射传输方程的二阶迭代解法

为了探究典型粗糙面上随机粒子层中能量传输的多次散射机制,提出了一种基于矢量辐射传输方程的建模二阶计算方法.该建模方法将建模场景(粗糙面上粒子层)在高度维(Z轴)划分为多个传输散射层,基于矢量辐射传输理论中的一阶迭代散射解,利用典型粗糙面的半经验半解析方法,求解出整个场景的二阶迭代散射解.同时,研究粒子层能量在粒子与粒子间的多次散射机制,以及粒子与地表粗糙面间的多次散射机制.数值结果表明,该二阶迭代解法相较于矢量辐射传输方程的一阶迭代散射解,能够更完整地探究互作用的散射特性,且可从能量传输角度解译建模场景中物体间的相干作用,从而可用于植被地物环境下的多次散射机制的解析以及散射系数变化趋势的预估.     

掺杂对随机取向团簇粒子辐射特性的影响

利用Bruggeman有效介质理论得到了占有不同体积份额杂质的团簇粒子的等效复折射率.采用离散偶极子近似方法对包含有不同化学成分的随机取向团簇粒子的散射相函数、消光、吸收、散射效率因子、单次散射反照率以及不对称因子等辐射特性参量进行了数值计算,深入探讨了掺杂量对随机取向团簇粒子辐射特性的影响.研究表明,掺杂对随机取向团...     

激光在随机分布烟尘团簇粒子中的衰减特性

基于分形理论,采用团簇—团簇凝聚模型对随机分布烟尘团簇粒子的分形结构进行了模拟.利用离散偶极子近似方法研究了不同类型的随机分布烟尘团簇粒子的单次散射特性.利用蒙特卡罗方法研究了激光信号在随机分布烟尘团簇粒子中的传输衰减特性.讨论了入射角、激光波长、烟尘粒子数密度以及组成单个烟尘团簇粒子的原始微粒粒径和数目等参量对激光衰减特性的影响.研究结果对激光在复杂随机介质中的传输衰减特性分析提供了理论依据.     

激光在随机分布烟尘团簇粒子中的衰减特性

基于分形理论,采用团簇—团簇凝聚模型对随机分布烟尘团簇粒子的分形结构进行了模拟.利用离散偶极子近似方法研究了不同类型的随机分布烟尘团簇粒子的单次散射特性.利用蒙特卡罗方法研究了激光信号在随机分布烟尘团簇粒子中的传输衰减特性.讨论了入射角、激光波长、烟尘粒子数密度以及组成单个烟尘团簇粒子的原始微粒粒径和数目等参量对激光衰减特性的影响.研究结果对激光在复杂随机介质中的传输衰减特性分析提供了理论依据.     

尾焰中固体粒子光散射的理论计算

固体粒子光散射的理论计算是解决辐射传输的基础之一。本文系统介绍均匀球形粒子光散射的Mie理论,着重于建立一套高效率的数值计算方案。用它可以快速而准确地得出均匀球形粒子的散射截面、吸获截面与散射相函数。本文还对Al_2O_3。粒子的光散射进行了具体计算,计算结果可用于实际工程计算。     

对“生物组织超声散射的一种改进模式”的质疑

波在随机介质中散射和传输的理论,近年来得到了广泛的研究和应用。随机介质一般可分为离散的散射粒子,连续的随机介质,以及随机粗糙面等。大量的自然物质,比如地表中的植被、冰雪,生物组织的血和肝脏,以及一些工程材料等,都可看作是连续的随机介质。其介电常数的起伏(如植被),密度起伏(如湍流),或弹性起伏(如生物组织)等,对波产生了散射。计算波的散射一般有辐射传输理论和波的解析理论。在波的解析理论中,有微扰迭代法,或玻恩近似法,以及计算散射强度的广义玻恩近似等。用以计算一阶,二阶,或更高阶的双向和后向散射系数。     

飞尘气溶胶粒子散射特性分析:对比实验和米散射方法

采用Mie散射理论计算了可见光波段等效球飞尘气溶胶粒子的Stokes散射矩阵,并与实验得到的空间随机取向的非球形飞尘气溶胶粒子结果进行了对比分析;由理论与实验方法得到的散射相函数,采用离散坐标法计算了两者的双向反射函数(BRDF),并对此结果进行了分析研究。结果表明:实验测量的非球形飞尘气溶胶粒子群的散射矩阵和基于球形粒子假设的Mie散射理论计算结果在大多数散射角上都不相同,但是不对称因子却大致相同;球形-非球形粒子群的BRDF随反射角的变化趋势基本一致,但是球形粒子群的BRDF曲线分布具有更大的波动趋势;随着光学厚度的增加,球形-非球形粒子群的BRDF曲线分布均趋于平坦,计算结果趋于一致。因此在飞尘气溶胶粒子散射特性研究中,当光学厚度较小时,用球形假设的方法会造成一定的误差,BRDF相对误差最大可以达到60%,需考虑粒子非球形特性造成的影响;而当光学厚度较大时,BRDF相对误差一般不会超过10%,采用球形假设的方法具有一定的适用性。     

随机分布烟尘簇团粒子缪勒矩阵的数值计算

利用蒙特卡罗方法根据团簇-团簇凝聚（CCA）模型对由球形原始粒子凝聚而成的烟尘簇团粒子进行了模拟,用离散偶极子近似（DDA）方法对随机分布的烟尘簇团粒子的缪勒矩阵元素进行了数值计算,给出了不同入射波长情况下随机分布烟尘簇团粒子的缪勒矩阵元素与组成簇团粒子的基本粒子的粒径和数目的数值关系,为进一步研究随机分布簇团粒子的形成机理、形态特性、散射特性提供了一种理论方法. 关键词： 烟尘簇团粒子 缪勒矩阵 离散偶极子近似方法     

非球形气溶胶粒子散射相函数经验公式

散射相函数是研究电磁波传输特性的重要参数，直接影响电磁波传输方程的简化程度和解的精度。基于电磁散射与辐射传输中的基本理论，对非球形粒子散射相函数的经验公式进行了研究。为了很好的模拟非球形粒子的后向散射峰值，提高辐射传输方程的简化程度和解的精度，提出了一种新的相函数经验公式。分析新的相函数对非球形粒子的适用性，以单个沙尘性气溶胶为例，计算了不同形状粒子的Henyey-Greenstein*相函数和新的相函数随角度的变化，并与T矩阵法的计算结果进行了对比，发现椭球形粒子的长短轴比和有限长圆柱形粒子的径长比大于0.5时，新的相函数在大角度后向散射部分与T矩阵法的吻合程度较高。考虑波长变化，对比了尺寸谱满足对数正态分布的四种气溶胶粒子的Henyey-Greenstein*相函数和新的相函数与T矩阵法的计算结果。研究表明，对于椭球形粒子和有限长圆柱形粒子，在大角度(大于90°)后向散射部分，除了0.694时的椭球形海洋性气溶胶，新的相函数均方根差较小的占100%，证明了新的相函数可以较好的模拟非球形粒子的后向散射特征。新的相函数对准确模拟辐射传输过程具有重要意义。     

随机取向立方粒子光散射的数值分析

用离散偶极子近似法，计算了立方粒子随机取向时在几种等效尺度参数下的光散射特性，并与等效球形粒子的光散射特性进行了比较．结果表明：立方粒子和其他非球形粒子与其等效球形粒子光散射特性之间的差别大致相同，说明对于随机取向的非球形粒子的光散射问题，粒子的内在对称性和表面的突变不会带来明显的效果． 关键词：