无线紫外光雾霾烟尘散射信道特性研究

发布时间：2020-10-19 10:46

　　 无线紫外光(Ultraviolet,UV)通信具有非直视散射传输的特点,适用于无人机编队在复杂大气环境中执行隐秘通信任务。在战场、应急、救援等特殊环境中通常会有不同程度的雾霾和烟尘现象,无线紫外光在大气中传输时会遇到不同数量、形态的雾霾烟尘粒子而发生不同程度的散射,其散射信号也会有不同程度的衰减。因此,对紫外光在雾霾烟尘环境下散射信道特性的研究也就显得极其重要,通过分析紫外光在雾霾烟尘环境下的散射信道特性,能够为改善无线紫外光在战场等复杂环境下的传输特性提供一定的理论基础。本文利用紫外光直视和非直视传输模型,以单次和多次散射信道为基础,对不同雾霾烟尘浓度和形态下散射信道的路径损耗、散射光强等参数做了分析和研究,本文具体的研究内容如下:(1)改进了无线紫外光雾霾环境下的散射信道模型,利用Mie散射理论和T矩阵方法分析了球形雾霾粒子和非球形雾霾粒子在不同浓度下的散射消光系数,并结合无线紫外光单次和多次散射信道模型对路径损耗和散射光强分布进行了仿真分析,仿真结果表明在相同通信距离下,紫外光直视通信的衰减比非直视通信小约10dB。最后在雾霾天和晴朗天分别进行了紫外光通信系统的实测实验,实验结果表明紫外光在直视通信时,晴朗天的通信质量能够优于雾霾环境约8dB;在紫外光非直视短距离通信时,雾霾环境下的通信质量能够优于晴朗环境约3dB。(2)利用团簇团聚(Cluster-Cluster Aggregation,CCA)模型和离散偶极子近似(Discrete Dipole Approximation,DDA)方法研究了烟尘团簇粒子在不同浓度和原始粒径下紫外光单次和多次散射信道的路径损耗和散射光强等。仿真结果表明:在相同通信距离下,紫外光直视通信时,其散射信道的路径损耗随着烟尘浓度增大而增大,但变化不明显;而在非直视通信中,其散射信道的路径损耗随着烟尘浓度的增大而减小。综上所述,紫外光直视通信方式下,通信质量随着雾霾烟尘浓度的增大而下降;而在紫外光非直视通信方式下,雾霾烟尘环境都能够在一定程度上提高紫外光的通信质量。
【学位单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN23
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 紫外光散射的国内外研究进展
        1.2.2 雾霾气溶胶粒子散射的国内外研究现状
        1.2.3 烟尘散射的国内外研究现状
    1.3 本文主要工作
    1.4 本文的组织结构
2 无线紫外光雾霾及烟尘散射理论基础
    2.1 无线紫外光通信基本原理
    2.2 大气散射对紫外光通信的影响
        2.2.1 大气吸收作用
        2.2.2 大气散射作用
    2.3 雾霾粒子的物理特性
        2.3.1 粒子尺度参数
        2.3.2 粒子的复折射率
        2.3.3 粒子尺度谱分布
    2.4 雾霾烟尘信道的光散射理论基础
        2.4.1 Mie散射理论基础
        2.4.2 T矩阵理论基础
    2.5 烟尘信道的光散射理论基础
        2.5.1 团簇-团聚凝聚模型
        2.5.2 离散偶极子近似方法
    2.6 本章小结
3 旋转对称的雾霾粒子紫外光散射信道特性研究
    3.1 雾霾粒子的散射信道模型
        3.1.1 单次散射信道模型
        3.1.2 多次散射信道模型
    3.2 球形雾霾粒子散射特性
        3.2.1 球形霾粒子的路径损耗
        3.2.2 球形霾粒子的散射光强分布
    3.3 非球形霾粒子的散射特性分析
        3.3.1 椭球形霾粒子的路径损耗分析
        3.3.2 圆柱形霾粒子的路径损耗分析
    3.4 不同形态及粒径下霾粒子散射特性分析
    3.5 雾霾环境下无线紫外光实测实验及结果分析
    3.6 本章小结
4 烟尘团簇粒子的紫外光散射信道特性研究
    4.1 大气粒子凝聚状态
        4.1.1 规则凝聚粒子的状态参数
        4.1.2 烟尘团簇粒子的状态参数
    4.2 烟尘球形团簇粒子单次散射信道仿真结果分析
        4.2.1 球形烟尘粒子不同浓度相同半径下的路径损耗分析
        4.2.2 球形烟尘粒子相同浓度不同半径下的路径损耗分析
        4.2.3 球形烟尘粒子相同浓度不同波长下的路径损耗分析
    4.3 非球形烟尘团簇粒子单次散射信道仿真结果分析
        4.3.1 椭球烟尘粒子的散射信道分析
        4.3.2 圆柱烟尘粒子的散射信道分析
    4.4 球形烟尘团簇粒子散射光强分布
    4.5 本章小结
5 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 展望
致谢
参考文献
附录

【参考文献】

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本文编号：2847100