云雾复杂分散体系下偏振信息传输特性研究

发布时间：2020-03-17 20:20

【摘要】：除了波长或频率(颜色)、振幅(强度)以及相位信息外,偏振是表征光的另一基本物理特性,亦可作为光波信息有效传输的基本载体。大气是一个复杂的分散系统,探究偏振信息在其中的传输特性,对于偏振导航、卫星遥感、军事侦察、星地通信等领域中的应用具有十分重要的探究价值。论文针对于云雾复杂分散系统,构建蒙特卡洛仿真系统及搭建实际实验平台以探究偏振信息在其中的传输特性,为实现真实大气链路信息高效传输以及降低复杂分散系统的影响提供理论支持,主要研究内容如下:(1)研究了偏振信息在雾分散系统中的宽谱段传输特性。基于蒙特卡洛算法,针对不同类型的微粒体系,仿真了宽波段下不同偏振光(圆偏振和线偏振)在雾天环境下的动力学演化过程;为与真实环境相匹配我们调研了大气雾数据库,理论仿真了线偏振光和圆偏振光在单分散及具有某一分布特性的多分散体系下的偏振信息传输特性,比较了线和圆偏振的保偏能力以及不同波长下的偏振响应特性。圆偏振相比较线偏振具有优良的偏振保持能力,圆偏振在弥补遮蔽效应提高穿透能力上提供了很好的选择性。(2)研究了偏振信息在云分散系统中的穿透特性。针对典型云层体系,改进了蒙特卡洛分层算法模型,从而更加有效对偏振信息传输特性进行仿真;仿真中针对水云和冰云两种云层环境进行了数据库参量的调研,并根据构建的不同云分散体系详细探究了中红外波段下圆和线偏振信息的传输特性。结果显示圆偏振的穿透能力较优于线偏振的穿透能力,并且冰云随波长变化下偏振度值波动性较小。(3)研究了真实水雾实验条件下圆和线偏振光的偏振保持能力。围绕偏振光在复杂分散体系中的穿透特性这一主题,设计并搭建了一套实验设备(入射波长为633nm),实验构建了3种水雾环境(薄雾、中等雾以及浓雾),观察并分析了线偏振光和圆偏振光在模拟水雾分散体系中的穿透特性,研究比对了线偏振光和圆偏振光偏振穿透保持(PM)能力。圆偏振光相比于线偏振光而言具有很好的PM能力,而且随着雾分散体系光学厚度值的增加,圆偏振的优势更加突出,表明圆偏振在雾分散体系中具有良好的透雾能力。
【图文】：

光与其中的微粒相互作用，散射和吸收，将会造成光波信息的衰减，这些相互作用虽说可以有效地遮蔽一些有害的光谱辐射能量，但也遮挡了一些必要光波信息的传输，导致探测信息有效性的降低，造成成像模糊，对比度下降，丢失大量的有用信息[16-17]。随着人类对空间资源的利用需求日益增加以及应对日渐匮乏的微波频谱资源问题，信息的高效传输、获取对遥感探测、星地通信等十分重要，可以说传统的光强信息已经不能满足对信息的高效和高保真的传输需求。因此，根据大气偏振散射模型，来探究偏振光在大气分散介质中的传输特性运用偏振信息实现高效的高保真的信息传输是近年来研究的热门问题[18-23]，这就要求对大气分散系统实现更充分的探究。在大气的物理过程中，除了气溶胶粒子外，，大量的存在着液态的水云、雾以及高空云中的冰晶粒子等[24]，它们对光的散射和吸收在辐射传输问题中的作用要远大于大气气溶胶粒子，但对于它们的研究还远不如气溶胶粒子，如图 1.1 所示为日常生活中所见到的两处雾体系下的场景，可以看出它们对于光波的遮蔽效果。因此，探究偏振光在云雾体系下的穿透特性对于后续实现高保真信息的传输是十分有必要的。

电磁波

第二章偏振散射的微观理论第二章偏振散射的微观理论要对光波的偏振状态，偏振光通常所存在的几种形式以及述，然后对两种散射特性理论(瑞利散射和米氏散射)进行了分散特性传输模型算法—蒙特卡洛（MC）算法。偏振态ell 从一组数学方程中总结和扩展了关于光波的所有经验知作为电磁场可以作为横波传播，即光波是特定频率范围示，它的电场 E 和磁场 B 彼此正交，并垂直于它们的传并非是 y 和 x 的函数，同时 E 并不等于 0，因此 E 是常数值来说。同时，我们知道时变电场 E 产生磁场 B (0 B 可以用来描述电磁波的性质，而不失一般性。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P237;O436.3

【参考文献】