激光雷达水云偏振图像特征的多次小角散射机理研究

发布时间：2021-10-28 05:28

　　准确获取云微物理特性对于地气系统辐射收支估计以及气候变化研究具有重要的意义。偏振激光雷达是反演云微物理参数的主要探测工具之一。在水云中,光子散射平均自由程较短,雷达回波信号中多次散射贡献显著,同时单次后向散射不直接改变光的偏振状态,因此水云的辐射退偏和偏振回波图像特征均由多次散射产生。目前,水云多次散射偏振激光雷达信号的解译研究主要基于偏振辐射传输的数值模拟或者二阶小角散射近似建立的退偏率信号与水云散射相矩阵之间的简化数学关系,尚缺乏适用于任意散射阶数的雷达穆勒矩阵回波图像物理解释。考虑到穆勒矩阵回波图像包含最为完整的实验观测信息,本文旨在构建激光雷达多次散射穆勒矩阵回波图像信号与水云散射相矩阵之间的理论关系,揭示激光雷达水云后向散射偏振回波图像的多次散射形成机理。为此,本文在偏振辐射传输多次小角散射近似理论的基础上（即回波信号主要由多次前向散射和唯一一次后向散射路径贡献）,进一步提出了出射光束/返回光束的多次前向散射轨迹几乎共面的假设,以此建立了退化穆勒矩阵与后向散射相矩阵之间的准线性简化数学关系,即归一化的退化穆勒矩阵元素准线性地正比于归一化的后向散射相矩阵元素,同时出射与返回散射... 

【文章来源】：南京信息工程大学江苏省

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 激光雷达信号与大气遥感
    1.2 多次散射偏振回波信号的研究进展
    1.3 多次散射偏振回波信号解译存在的困难
        1.3.1 偏振信号模拟的困难性
        1.3.2 偏振信号随方位变化的复杂性
        1.3.3 基于散射相矩阵的解译困难性
    1.4 本文研究内容
第二章 偏振激光雷达多次散射基础理论
    2.1 基于斯托克斯的激光偏振状态数学描述
    2.2 基于辐射传输的偏振回波信号理论推导
    2.3 本章小结
第三章 基于MSCART的 CCD偏振信号功能开发及验证
    3.1 偏振辐射传输模式MSCART
    3.2 基于MSCART程序的CCD信号模拟功能开发
    3.3 基于聚苯乙烯球溶液的CCD信号模拟功能验证
    3.4 本章小结
第四章 基于新多次小角散射近似的退化穆勒矩阵推导
    4.1 基于多次小角散射近似的基本假设
    4.2 基于散射相矩阵的退化穆勒矩阵简化公式
    4.3 本章小结
第五章 基于方位傅里叶展开技术的退化穆勒矩阵提取
    5.1 退化穆勒矩阵与标准穆勒矩阵的理论关系
    5.2 斯托克斯矢量回波信号的方位傅里叶展开
    5.3 本章小结
第六章 多次散射CCD偏振回波信号理论关系的数值验证
    6.1 数值实验参数配置
    6.2 线偏振及圆偏振回波信号的基本特征
        6.2.1 偏振回波图像信号的对称性结构
        6.2.2 偏振回波图像信号的方位冗余性
    6.3 二阶散射结果的数值模拟验证
    6.4 多阶散射结果的数值模拟验证
    6.5 方位积分的MFOV结果验证
    6.6 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 主要结论
    7.2 创新点
    7.3 不足与展望
参考文献
致谢
作者简介



本文编号：3462343