泡沫覆盖气-海界面的激光传输特性

摘要

随着激光技术的迅速发展，蓝绿激光在对潜通信中的研究应用受到了国内外的广泛关注，成为最有发展前景的通信技术之一。机载/星载激光对潜通信，其信道由三部分组成：大气信道、气-海界面、海水信道，信道的复杂多变成为激光通信的主要限制因素。目前，有关信道特性的研究主要集中在大气、海水信道，较少涉及气-海界面的研究；而有关气-海界面散射特性的研究，主要针对微波段，目前对泡沫覆盖气-海界面的激光传输特性较少涉及，有待研究。本文在微波段海面电磁散射的基础上，采用适用于可见光波段海面电磁散射的改进双尺度法，对蓝绿激光在近海面大气以及泡沫覆盖粗糙海面的传输特性进行了研究。
　　本文介绍了海面基本特征参量以及不同海区海谱的发展现状，并对近海面大气中的海雾以及泡沫粒子结构进行了概述，利用蒙特卡罗方法对JONSWAP谱海面进行几何建模，验证风速、风区对海面起伏的影响；在传统双尺度法的基础上给出了适用于可见光波段海面电磁散射的改进双尺度法；然后利用蒙特卡罗法通过对光子进行追踪，考虑光子与雾滴粒子之间的多次散射，对蓝绿激光在海雾中的传输特性进行分析，计算了不同海雾能见度以及不同传输距离下的激光透过率；研究了蓝绿激光在泡沫覆盖粗糙海面的散射及透射特性，参考微波段海面电磁散射计算的基本思路，采用矢量辐射传输理论，利用M ie理论求解单个泡沫粒子的散射结果，继而通过边界条件利用改进双尺度法对泡沫覆盖粗糙海面的散射系数进行计算，分别针对高斯型粗糙海面以及JONSWAP谱海面，分析了风速、风区以及泡沫覆盖率等参量对激光散射、透射特性的影响。
　　结果表明：气-海界面在蓝绿激光波段的散射能力明显弱于微波段，而透射能力明显较强，能量更为集中；小尺度张力波在入射角较大时，在两个波段其散射系数均有明显的增强；泡沫粒子在蓝绿激光波段对激光散射及透射的影响，明显强于微波段。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文的研究内容与结构安排

第二章 不同海区海谱模型及海面几何建模

2.1海面特征参数

2.2海浪谱模型

2.3海面几何建模

2.4本章小结

第三章 粗糙海面电磁散射理论

3.1海面电磁散射

3.2基尔霍夫近似法

3.3双尺度法

3.4可见光波段的改进双尺度法

3.5本章小结

第四章 蓝绿激光在海雾中的传输特性

4.1雾的物理特性

4.2海雾对光的散射

4.3激光海雾中的传输

4.4本章小结

第五章 蓝绿激光在气-海界面的传输特性

5.1覆盖泡沫粗糙海面的激光散射特性

5.2覆盖泡沫粗糙海面的激光透射特性

5.3本章小结

第六章 总结与展望

6.1主要研究内容和结论

6.2研究展望

参考文献

致谢

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