雾天环境中激光传输的衰减特性研究

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激光在大气中的传输特性研究及仿真

激光在大气中的传输特性研究及仿真吕宏飞，田爱玲，韩峰、王红军、刘丙才（西安工业大学光电工程学院，西安710032）摘要：激光在大气中传输受到各种因素的影响。

本文以脉冲激光测距设计的实际需要为出发点，从大气的组成入手，对激光在大气中传输的理论特性进行研究，并建立激光大气传输系统的传递函数模型。

而激光在大气中的衰减主要受到大气分子的吸收、大气中微粒的散射和大气的折射影响。

针对以上几个因素的影响，本文在选择波长的基础上，用MATBLE对激光经过大气散射后的透射率进行仿真，并对仿真结果和实际测量结果进行分析。

通过数据计算和MATBLE 的仿真可以证明，在传输距离相同的条件下，波长越长，分子的散射越弱；波长越短，其散射越明显。

关键词：激光测距，大气传输，吸收，散射中图分类号：TN241文献标志码：AStudy and Simulation of the Transmission characteristics of laser propagation in the atmosphere（Lv Hongfei Tian Ailing HanFeng Wang Hongjun Liu Bingcai）（Xi’an Technological University）Abstract: Laser propagation in atmosphere under the influence of various factors. The pulse laser rangefinder design practical needs as the starting point, from the start with the composition of the atmosphere, the theory of laser propagation in the atmosphere were studied, and the establishment of atmospheric laser communication system transfer function model.While the laser beam in the atmosphere attenuation by atmospheric molecular charge, atmospheric particulate backscattering and atmospheric refraction effects. In view of the above the influence of several factors, the selection based on wavelength, MATBLE on laser atmospheric scattering transmissivity are simulated, and the simulation results and actual measurement result analysis.Through the data calculation and MATBLE simulation can be proved, the transmission distance under the same conditions, the longer wavelengths, molecular scattering is weak; the shorter wavelength, scattering more obvious.Key Words:Laser ranging; Atmospheric transmission; Absorption; Scattering引言鉴于探测信号和不同波长的激光等在大气中传输，因多种因素引起的能量衰减，影响了脉冲激光测距的性能。

雾对“日盲”紫外光传输的影响分析

学术论文
—圆匝匝显Ｅ曩田囊
。
平流雾：
，＝１０９× ｌ２ｆ．５０Ｆ２
上海计量测试
散叠射率子：射数散效因）
＝
雾滴粒子半径以微米表示的雾滴尺寸分布：
砉２１Ｉ）１ ∑（２￣）＋ｌｂ（
衰减系数（衰减效率因子）：
技术，它兼光无线通信的优点之外还具有非视线视线方式的弱点。
传输的能力，因而得到了研究人员的青睐。但是２Ｍｉ米氏）ｅ（理论简介天气因素对无线激光通信具有不同程度的影响。１０年，米氏应用电磁场理论，求解均匀介９８雾是一种常见的自然天气现象，由于雾滴的散射质中任意尺寸、任意成分的均匀球体对入射单色和吸收作用，会使光的传输产生衰减，这就限制平面波的散射，得到了严格的解析解＿２］。Ｍｉ散ｅ了光通信的传输距离。１紫外光散射的传输特性射解不仅适用于单个球体的散射，而且适用于多个球体的散射问题。只要多个球体具有相同直径
当虚部不为零时，表示粒子有吸收。
１／（ｄ３．Ｑｒ＂兀＝Ｉ）
衰减率，Ｑ为衰减效率因子。
ｌｚ（１１ｚｒ（＝）（（、）一／／）Ｉ，，２２＋）
衰减系数表示光每经过单位距离的介质的
ｅｌ
（ ∞
ｃ一（ｏｘ０）
，ｌｅ（Ｉ）＝ｏｐ［ｄ］ｘ一ｏ１

532nm激光在雨中的传输特性研究

532nm激光在雨中的传输特性研究王治晶;单宁;侯学华【摘要】降雨会对激光光束产生严重衰减,使得激光到达作用目标时的能量不足以致盲.关于激光在雨中的衰减特性已经在红外波段进行了深入的研究,但是在可见光范围的波段研究还比较缺乏.本文基于米式散射理论,研究532nm绿激光光束在降雨条件的衰减模型,分析其在不同降雨条件下的传输特性,并通过实验验证分析其正确性.通过理论分析与实验结果的对比得到:532nm绿激光在小雨中的衰减大于大雨天气,这样的结果表明在小雨天气中雨滴数目大于大雨天气,激光粒子多重散射效应在小雨中更为明显.这为建立532nm绿激光不同降雨类型下的修正模型提供了理论和现实依据.【期刊名称】《工业设计》【年(卷),期】2015(000)008【总页数】2页(P72-73)【关键词】降雨;激光衰减;米式散射【作者】王治晶;单宁;侯学华【作者单位】武警工程大学研究生14队,陕西西安,710086;武警工程大学装备工程学院,陕西西安,710086;武警工程大学军事基础学院,陕西西安,710086【正文语种】中文激光具有相干性好、亮度高、能量集中的特性[1]，越来越受到科学家们的广泛关注，尤其是在军事领域和医学领域。

目前，激光在军事上的应用主要有：激光致盲、激光制导以及激光通信；但是，激光在不同环境下都会有一定的衰减，会造成任务的失败。

激光在近地大气条件下的传输主要受降雨、雾、霾以及空气中的气溶胶粒子的吸收和散射作用的影响，导致系统性能下降。

关于红外波段激光近地大气条件下的传输特性已有大量研究，而在可见光波段研究较为缺乏。

在非致命激光致盲多采用的是532nm绿激光作为激励源，所以，研究532nm绿激光在降雨条件下的衰减特性可以为非致命激光致盲武器的改进提供一定的理论依据。

降雨是一种普遍的自然现象，激光光束在雨中传输过程极其复杂，包括雨滴对激光光束的吸收、散射和折射现象。

但是对于532nm激光光束，雨滴对激光传输的影响主要是散射作用，这个作用是根据雨滴谱的分布来确定的，所以本文主要采用Weibull分布作为雨滴谱分布来分析研究532nm激光在降雨条件中的衰减特性。

大气湍流中的激光传输

使用适应性强的接收器
要点一
总结词
使用适应性强的接收器可以捕获更多信号，降低噪声和干扰。
要点二
详细描述
在湍流大气中，光束的形状和强度可能会快速变化。因此，使用适应性强的接收器非常重要。这种接收器能够快速响应光束的变化，并捕获更多的信号能量。此外，接收器还应具有较低的噪声和干扰水平，以提高信号检测的准确性。通过结合适应性强的接收器和适当的信号处理技术，可以进一步改善激光传输的性能，提高通信和探测系统的可靠性。
激光遥感技术能够实现高分辨率、高精度的目标成像，为地理信息获取、资源调查等领域提供支持。
穿透性强
激光的波长较短，能够穿透一定厚度的云层和植被，因此在气象预报、森林防火等领域有广泛应用。
实时监测
激光遥感技术能够实现实时、动态的目标监测，为灾害预警、环境保护等领域提供及时的信息支持。
THANK YOU
大气湍流的特性
总结词
大气湍流的特性包括随机性、非线性和尺度变化等。
详细描述
大气湍流的随机性表现在流场中各点的速度和方向都是随机的，无法预测下一个时刻的状态。非线性则是指湍流中各种物理量之间的相互作用是非线性的，导致流场的复杂性和混沌性。此外，大气湍流还具有尺度变化的特性，从小尺度到大气边界层，湍流的作用范围广泛。
04
大气湍流中激光传输的改善方法
提高激光功率
总结词
提高激光功率可以增强信号强度，减少因大气湍流引起的信号衰减。
VS
详细描述
通过使用更高功率的激光器，可以增加信号的能量，从而提高在湍流大气中传输的信号强度。这有助于克服湍流引起的光束漂移和扩展，降低误码率，提高通信和探测系统的性能。
优化光学系统设计

激光在宇宙中的衰减率

激光在宇宙中的衰减率
激光，作为一种高能、高度聚焦的光束，被广泛应用于各个领域。

然而，在宇宙中，激光的衰减率却是一个备受关注的问题。

在这个浩瀚的宇宙中，光在传播过程中会受到各种因素的影响，导致激光的强度逐渐减弱。

宇宙中的尘埃是激光衰减的主要原因之一。

尘埃粒子的存在会导致光束的散射和吸收。

当激光穿过宇宙中的尘埃云层时，光束会与尘埃粒子碰撞，部分光能被吸收，部分光能被散射到其他方向。

这种散射和吸收作用会逐渐削弱激光的强度，使其无法达到远距离传输的要求。

宇宙中的气体也会对激光的衰减产生影响。

宇宙中存在着大量的气体分子，尤其是在星际空间中。

当激光穿过这些气体分子时，光束会与分子发生碰撞，导致光能的损失。

特别是在高能激光的作用下，气体分子会吸收光能并发生激发，从而使激光的强度减弱。

因此，在宇宙中传输激光时，需要考虑到与气体分子的相互作用。

宇宙中的引力场也会对激光的传播产生影响。

根据广义相对论的理论，质量会弯曲时空，光束在经过质量较大的天体附近时会发生偏折。

这种引力场的影响会使激光的传播路径发生变化，从而使其衰减。

激光在宇宙中的衰减率受到多种因素的影响。

尘埃、气体和引力场
的存在使得激光在传播过程中逐渐减弱。

为了解决这个问题，科学家们正在不断研究和探索新的技术和方法，以提高激光在宇宙中的传输效率。

希望在不久的将来，人类能够克服这些困难，实现更远距离的激光传输，为宇宙探索和通讯领域带来更多的可能性。

激光在雨中传输的衰减特性分析及实验研究

激光在雨中传输的衰减特性分析及实验研究夏云芝; 邓贤君; 唐潇; 敖珺; 马春波【期刊名称】《《南华大学学报（自然科学版）》》【年(卷),期】2019(033)005【总页数】6页(P54-59)【关键词】激光传输; 降雨衰减; 大气信道; M-P模型【作者】夏云芝; 邓贤君; 唐潇; 敖珺; 马春波【作者单位】南华大学电气工程学院湖南衡阳421001; 南华大学机械工程学院湖南衡阳421001; 桂林电子科技大学信息与通信学院广西桂林541001【正文语种】中文【中图分类】TN240 引言激光在大气中的传输对研究大气介质的光学特性具有十分重要的意义。

大气衰减效应是激光大气传输的重要影响因素之一，这主要是由于大气气体分子以及气溶胶粒子的吸收、散射作用造成的[1]。

当前很多学者都针对激光在大气中的传输特性进行了分析和研究，但是由于研究角度和侧重点的不同，并且缺乏本地实测数据，在实际应用中仍存在较大困难。

降雨是自然界普遍的天气现象，它会对激光传输产生严重的衰减。

目前国内外对于估算激光大气的衰减特性的已存在常用的经验模型[2]，并取得了一定的研究成果，如ITU-R提出的衰减计算模型，以及L-P，M-P模型等，国内也有学者对广州地区的雨滴尺寸分布进行了大量的实验研究得出了当地适用的分布模型。

这些模型虽然较为接近的估算到相应天气条件下的大气衰减系数，在实际应用中，不同的地区的大气衰减特性仍存在较大差异。

本文以现有的常用经验模型为基础，分析了激光在雨的天气条件下的衰减特性，并从桂林本地的天气情况出发，得出了一系列实测结果，通过分析得出适宜桂林本地雨的天气条件下激光大气传输衰减的估算方法。

1 雨的衰减预测模型降雨是大自然最常见的自然现象之一，它是由于地球表面水蒸气蒸发遇冷后变成小水滴，经碰撞后形成的[1]。

由于雨分子分布的随机性，激光在降雨天气条件下通信时，会受到较大的影响[2]。

目前，已有经验模型对激光在雨信道的传输衰减进行预测，也有很多学者对雨滴尺度分布进行了研究，得出了雨滴的尺度分布模型。

大气传输特性对激光探测性能影响研究的开题报告

大气传输特性对激光探测性能影响研究的开题报告
标题：大气传输特性对激光探测性能影响研究
背景与意义：
随着激光技术在气象、测量、通信等领域的广泛应用，在大气中传
输的激光探测系统性能的研究越来越重要。

大气传输特性因素复杂，导
致激光在传输过程中会受到多种影响，如大气吸收、散射、折射等。

本
研究将重点探究大气传输对激光探测系统性能的影响，并提出优化措施，以提高激光探测的精度和可靠性。

研究内容和计划：
1. 相关文献调研
本研究将综合查阅国内外相关文献，对激光在大气中的传输过程和
大气影响因素进行深入了解，制定研究方案。

2. 实验设计
本研究将选择适当的实验条件，建立激光探测系统，进行大气传输
特性对激光探测系统性能的影响实验。

实验包括大气吸收、散射、折射
等多方面内容。

3. 实验数据处理及分析
本研究将通过实验获得的数据进行处理和分析，主要包括大气传输
对激光能量衰减、信噪比、干扰噪声和抗干扰能力等方面的影响。

4. 结论总结
本研究将通过实验结果，总结大气传输特性对激光探测系统性能的
影响规律，提出相应的优化措施，以提高激光探测系统的性能指标。

结论：
本研究将通过深入探究大气传输特性对激光探测性能的影响，为优化激光探测系统提供科学依据，为激光在大气中的应用发展提供技术支持。

1.064μm脉冲激光在雾中传输的蒙特卡洛模拟

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｗｉｒｅｌｅｓｓｏｐｔｉｃａｌｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅｄｒｏｐｌｅｔｓｉｎａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｍａｙｃａｕｓｅｌａｓｅｒｓｉｇｎａｌｓｔｏａｔｔｅｎｕａｔｅｓｅｖｅｒｅｌｙ，ｔｈｕｓｒｅｓｕｌｔｉｎｇｉｎｔｈｅａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｅｍｐｏｒａｌｓｐｒｅａｄａｎｄｅｎｅｒｇｙｏｆ
ｆｏｇ．Ｉｎｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｐｈａｓｅｆｕｎｃｔｉｏｎｖａｌｕｅｓｏｆｌｉｇｈｔｉｎｔｈｅｆｏｇｗｉｔｈｄｉｆｅｒｅｎｔｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙａｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅＭｉｅｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｔｈｅｏｒｙ．Ｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｒａｎｄｏｍ
摘要：在大气无线光通信中，大气中的雾滴会导致激光信号严重衰减，从而使得脉冲信号的时间展宽和能量衰减。应用蒙特卡洛多次散射模型对１．０６４激光脉冲在雾中的传输特性进行了数值模拟。在模拟中，基于米氏散射理论，计算出了光在不同雾能

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点，已经在深空、星地、星星和局域网等领域得到了应用，其应用范围和领域还在不断扩展… 。激光信号
显得格外重要。在近地面大气层中，激光信号通过
大气后分子散射的影响是很小的，能量的衰减主要
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｓｅｒ；ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ；Ｍａｔｌａｂｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｆｏｇ
大气激光通信凭借着其通信容量大、保密性强、速率快、结构方便、设备经济和无需频率许可等优
ｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｌａｓｅｒａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎｃｏｅｉｃｆｉｅｎｔａｎｄｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙｉｎｏｇｆｗｅａｔｈｅｒｉｓｏｂｔａｉｎｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓｏｆｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆｓｅｍｉ — ｅｍｐｉｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｓ，ａｎｅｗｅｍｐｉｒｉｃａｌｆｏｒｍｕｌａｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｓｏｍｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｕｃｈａｓｍｅａｓｕｒｉｎｇｄｉｓ — ｔａｎｅｅａｎｄｉｆｅｌｄｏｆｖｉｅｗｏｆａｒｅｃｅｉｖｅｒｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｂａｓｅｄｏｎＭｉｅｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｔｈｅｏｒｙｉｎｆａｌｌｙ．
第２９卷第ｌ期
２０１４年２月
光电技术应用
ＥＬＥＣＴＲ０— ０ＰＴＩＣＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹＡＰＰＬＩＣＡＴ１０Ｎ
Ｖｏ１．２９．Ｎｏ．１
Ｆｅｂｒｕａｒｙ，２０１４
・
激光技术・
雾天环境中激光传输的衰减特性研究
ＷＡＮＧＹａ — ｍｉｎ，ＧＡＯＧｕｏ — ｑｉａｎｇ
ＩＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅＸｉ＂ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｘｉ＂ａｎ７１００５４．Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｅｍｐｉｒｉｃａｌｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｗａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔａｎｄｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙｉｎｒａｄｉａｔｉｏｎａｎｄａｄ＿ｖｅｃｔｉｏｎｆｏｇ，ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｍｕｌａｏｆｌａｓｅｒａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎｉｎｏｇｆｗｅａｔｈｅｒｉｓａｎａｌｙｚｅｄ．ＴｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆｃｏｍｍｏｎｌｙｕｓｅｄｏｇｆａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎｅｍｐｉｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｓａｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙＭａｔｌａｂｎｕｍｅｒｉｃａｌｖａｌｕｅ．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎ —
陷，通过Ｍｉｅ散射理论提出了一种包含测量距离、接收器视场角等信息的新的经验公式。关键词：激光；能见度；Ｍａｔａｌｂ仿真；雾
中图分类号：ＴＮ９２９．１２文献标识码：Ａ文章编号：１６７３．１２５５（２０１４）．０１ — ０００４ — ０５
王亚民，高国强
（西安科技大学通信与信息工程学院，陕西西安７１００５４）
摘要：根据辐射雾和平流雾中含水量和能见度的经验关系，分析了雾天气对激光大气传输衰减的计算公式，并对＿一种常用的雾衰减经验模型进行Ｍａｔｌａｂ数值仿真，得出了激光衰减系数和雾天气能见度的关系。最后，针对三种半经验模型所存在的缺
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＡｔｔｅｎｕａｔｉｏｎＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆＬａｓｅｒＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｉｎＦｏｇ
Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ