激光在准球形边界卷云中传输的衰减和透过特性

摘要

高空卷云主要由各种不同形状的冰晶粒子组成,是地空链路上激光信号传输的重要影响因素。依据高空卷云中冰晶粒子的分布特征和散射特性,采用C版本的离散纵标法(CDISORT),充分考虑地球球形曲率及云层冰晶粒子多次散射影响因素,研究准球形边界云层的激光透过率和衰减特性,并比较了太阳天顶角不同时平面平行模式和准球面模式下卷云大气激光透过率的差异,数值计算了三种激光波长(0.65,1.06和3.8μm)在卷云中传输时的衰减和透过特性。计算结果表明:较小太阳天顶角(小于80°)入射时,两种模式下卷云大气激光透过率相对误差很小,其中0.65μm激光波长入射时两种模式下的相对误差仅为1.72%,较大太阳天顶角(大于80°)入射时,两种模式下卷云大气激光透过率相对误差明显增大,0.65μm激光波长入射时两种模式下的相对误差最大达到69%;卷云粒子单次散射时,激光在云层的衰减与卷云粒子有效半径、传输距离、光学厚度及激光波长等因素有关,随光学厚度的增加,云层的激光透过率减少,1.06μm激光波长入射时透过率最大,3.8μm激光波长入射时透过率最小;0.65和1.06μm激光波长入射时,随云层粒子有效半径的增加激光透过率逐渐增加,而3.8μm波长激光,随云层粒子有效半径的增加激光透过率逐渐减少,随相对方位角的增加,云层的激光透过率减少,且不同卷云传输模型对激光透过率也存在不同的影响。该研究工作将为开展地空链路星载、机载激光通信、激光雷达探测等工程系统中的激光信号云层传输特性的应用提供理论支持,同时也可进一步拓展为地空链路激光遥感、制导和预警等应用提供预先理论研究基础。