基于斜程传输模型的卫星激光测距在气溶胶中探测性能的研究
本文选题:卫星激光测距 + 探测成功率 ; 参考:《光子学报》2017年11期
【摘要】:基于大气气溶胶在空间的不均匀分布,提出并利用激光在大气气溶胶中的斜程传输模型开展卫星激光测距在气溶胶中探测性能的研究,即将气溶胶的分布分为水平及垂直方向,在垂直方向将其分为无穷多层,令每层气溶胶的水平方向浓度分布均匀,结合气溶胶粒子的散射截面、尺度分布函数,计算激光在每层气溶胶中的透过率,最后进行积分得到激光的大气传输透过率.结果表明,与Kim经验公式及Mie理论模型相比,由斜程传输模型计算得到的激光气溶胶透过率更接近实验值,其平均相对误差降低了一个数量级,仅为3.5%,表明该模型可准确地计算激光在气溶胶中的传输特性.结合激光雷达公式,利用该模型对气溶胶中不同轨道高度卫星探测成功率进行数值模拟仿真,发现在轻霾环境中低轨卫星的探测成功率可达40%以上,高轨卫星的探测成功率仅为15%,可利用高效率探测器与高能量激光器实现轻霾环境下的卫星激光测距.研究结果能合理解释已有的实验报道并有效地预估卫星激光测距系统探测性能,为系统的升级改造提供可靠的理论依据和技术保障.
[Abstract]:Based on the inhomogeneous distribution of atmospheric aerosols in space, a study on the detection performance of satellite laser ranging in aerosol by using the oblique path transport model of laser in atmospheric aerosol is proposed, that is to say, the aerosol distribution is divided into horizontal and vertical directions. It is divided into infinite layers in the vertical direction, and the horizontal distribution of aerosol concentration in each layer is uniform. Combined with the scattering cross section of aerosol particles and the scale distribution function, the laser transmittance in each layer of aerosol is calculated. Finally, the atmospheric transmittance of the laser is obtained by integrating. The results show that compared with Kim's empirical formula and Mie's theoretical model, the laser aerosol transmittance calculated by the oblique transmission model is closer to the experimental value, and the average relative error is reduced by one order of magnitude. It is shown that the model can accurately calculate the propagation characteristics of laser in aerosol. Combined with the lidar formula, the success rate of satellite detection at different orbital altitudes in aerosol is simulated by using the model. It is found that the success rate of detection of low-orbit satellites can reach more than 40% in the light haze environment. The success rate of high orbit satellite detection is only 15. High efficiency detector and high energy laser can be used to realize satellite laser ranging in haze environment. The research results can reasonably explain the existing experimental reports and effectively predict the detection performance of the satellite laser ranging system, and provide reliable theoretical basis and technical support for the upgrading and upgrading of the system.
【作者单位】: 中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站;中国科学院大学;
【基金】:国家自然科学基金青年科学基金(No.61605220) 吉林省科技厅基金(No.20170520155JH)资助~~
【分类号】:P228.5
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,本文编号:2106505
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