云雾复杂分散体系下偏振信息传输特性研究

论文摘要

除了波长或频率(颜色)、振幅(强度)以及相位信息外,偏振是表征光的另一基本物理特性,亦可作为光波信息有效传输的基本载体。大气是一个复杂的分散系统,探究偏振信息在其中的传输特性,对于偏振导航、卫星遥感、军事侦察、星地通信等领域中的应用具有十分重要的探究价值。论文针对于云雾复杂分散系统,构建蒙特卡洛仿真系统及搭建实际实验平台以探究偏振信息在其中的传输特性,为实现真实大气链路信息高效传输以及降低复杂分散系统的影响提供理论支持,主要研究内容如下:(1)研究了偏振信息在雾分散系统中的宽谱段传输特性。基于蒙特卡洛算法,针对不同类型的微粒体系,仿真了宽波段下不同偏振光(圆偏振和线偏振)在雾天环境下的动力学演化过程;为与真实环境相匹配我们调研了大气雾数据库,理论仿真了线偏振光和圆偏振光在单分散及具有某一分布特性的多分散体系下的偏振信息传输特性,比较了线和圆偏振的保偏能力以及不同波长下的偏振响应特性。圆偏振相比较线偏振具有优良的偏振保持能力,圆偏振在弥补遮蔽效应提高穿透能力上提供了很好的选择性。(2)研究了偏振信息在云分散系统中的穿透特性。针对典型云层体系,改进了蒙特卡洛分层算法模型,从而更加有效对偏振信息传输特性进行仿真;仿真中针对水云和冰云两种云层环境进行了数据库参量的调研,并根据构建的不同云分散体系详细探究了中红外波段下圆和线偏振信息的传输特性。结果显示圆偏振的穿透能力较优于线偏振的穿透能力,并且冰云随波长变化下偏振度值波动性较小。(3)研究了真实水雾实验条件下圆和线偏振光的偏振保持能力。围绕偏振光在复杂分散体系中的穿透特性这一主题,设计并搭建了一套实验设备(入射波长为633nm),实验构建了3种水雾环境(薄雾、中等雾以及浓雾),观察并分析了线偏振光和圆偏振光在模拟水雾分散体系中的穿透特性,研究比对了线偏振光和圆偏振光偏振穿透保持(PM)能力。圆偏振光相比于线偏振光而言具有很好的PM能力,而且随着雾分散体系光学厚度值的增加,圆偏振的优势更加突出,表明圆偏振在雾分散体系中具有良好的透雾能力。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 论文选题背景及研究意义
•   1.2 偏振研究现状
•     1.2.1 偏振现象的来源
•     1.2.2 偏振应用及算法的国内外现状
•   1.3 研究内容与章节安排
•   1.4 本章小结
• 第二章 偏振散射的微观理论
•   2.1 光波的偏振态
•   2.2 光偏振态的表示方法
•     2.2.1 Jones矢量表示方法
•     2.2.2 Stokes矢量表示方法
•     2.2.3 Poincare Sphere表示方法
•   2.3 偏振光的散射特性
•     2.3.1 瑞利散射特性
•     2.3.2 米氏散射特性
•   2.4 蒙特卡洛（MC）算法
•   2.5 本章小结
• 第三章 偏振在雾分散系统中的宽谱段传输特性
•   3.1 端到端的散射系统传输模型及参量
•   3.2 单粒子均匀介质体系
•     3.2.1 仿真系统论证
•     3.2.2 仿真结果与机理分析
•   3.3 多分散均匀混合体系
•   3.4 本章小结
• 第四章 偏振信息在云分散系统中的穿透特性
•   4.1 偏振MC算法分层传输模型及参数
•     4.1.1 分层偏振MC算法
•     4.1.2 云层参量
•   4.2 仿真结果及分析
•   4.3 本章小结
• 第五章 可见光波段（633nm）下的实验平台构建
•   5.1 实验平台的设计及搭建
•   5.2 实验器件的测试及标定
•   5.3 实验结果及分析
•     5.3.1 环境表征方法及还原真实Stokes参量
•     5.3.2 实验结果
•   5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王开鹏

导师: 沈飞,徐瑾

关键词: 蒙特卡洛算法,斯托克斯矢量,偏振度,雾和云层体系

来源: 合肥工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学,自然地理学和测绘学

单位: 合肥工业大学

基金: 国家自然科学基金项目“全矢量偏振信息在复杂分散体系中传输特性及其直接探测技术研究”

分类号: P237;O436.3

总页数: 76

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