采用半解析蒙特卡洛技术模拟星载海洋激光雷达回波信号的软件

发布时间：2020-12-24 20:40

　　采用半解析蒙特卡洛方法,开发了一套星载海洋激光雷达回波信号的仿真系统。通过输入激光雷达系统参数和仿真的环境参数,该系统能够模拟具有不同光学特性的大气和海洋的激光雷达回波信号。同时该仿真系统设计了用户友好的软件界面方便用户对输入参数进行操作,并直观地看到输出结果。利用该系统进行了多种仿真,例如不同类型水体以及不同散射相函数的情况,并将仿真结果与理论的激光雷达信号做了对比,具有较高的一致性。该系统对星载海洋激光雷达探测机理的研究有一定的指导意义。 

【文章来源】：红外与激光工程. 2020年02期 北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

蒙特卡洛仿真流程图

光子的散射方向由散射角和方位角决定，方位角φ∈[0,2π)表示相对于一个参考方向，光子在平面上投影旋转的角度；散射角θ∈[0,π]表示散射之后的新方向与之前的原始方向之间的角度，光子散射的示意如图2所示。方位角是在[0,2π)之间均匀分布的，图所以可以通过设定一个均匀分布的随机数ζ∈[0,1]来确定，即φ=2πζ。散射角是由粒子的散射相函数β軒决定的，散射角概率分布函数可以分配给均匀分布的随机数ζ∈[0,1]，如果给定散射相函数的形式（见第2节），即可求出相应的散射角。一旦确定了散射角θ和方位角φ，并结合光子的运动方向(μx,μy,μz)，根据几何关系和坐标转换，就可以计算出光子数据包的新方向：

如图3所示，假设使用标准蒙特卡洛方法构建的光子轨迹沿方向运动，并且在“相互作用体积”内的点q处终止，该体积由接收视场角所决定。可以将光子视为沿相同方向传播的大量相同光子。通过光子运动的概率密度函数，可以估计在没有进一步相互作用的情况下被探测器接收到的光子的比例。也就是说，计算小但有限的分数，它将：(1)从点q以角度θ′散射到q点所对应探测器的小立体角△Ω内；(2)从点q进入接收器孔径而不与介质进一步相互作用，即不再发生碰撞，忽略大气效应。


本文编号：2936278