無線紫外光(Ultraviolet,UV)通信具有非直視散射傳輸?shù)奶攸c,適用于無人機編隊在復(fù)雜大氣環(huán)境中執(zhí)行隱秘通信任務(wù)。在戰(zhàn)場、應(yīng)急、救援等特殊環(huán)境中通常會有不同程度的霧霾和煙塵現(xiàn)象,無線紫外光在大氣中傳輸時會遇到不同數(shù)量、形態(tài)的霧霾煙塵粒子而發(fā)生不同程度的散射,其散射信號也會有不同程度的衰減。因此,對紫外光在霧霾煙塵環(huán)境下散射信道特性的研究也就顯得極其重要,通過分析紫外光在霧霾煙塵環(huán)境下的散射信道特性,能夠為改善無線紫外光在戰(zhàn)場等復(fù)雜環(huán)境下的傳輸特性提供一定的理論基礎(chǔ)。本文利用紫外光直視和非直視傳輸模型,以單次和多次散射信道為基礎(chǔ),對不同霧霾煙塵濃度和形態(tài)下散射信道的路徑損耗、散射光強等參數(shù)做了分析和研究,本文具體的研究內(nèi)容如下:(1)改進了無線紫外光霧霾環(huán)境下的散射信道模型,利用Mie散射理論和T矩陣方法分析了球形霧霾粒子和非球形霧霾粒子在不同濃度下的散射消光系數(shù),并結(jié)合無線紫外光單次和多次散射信道模型對路徑損耗和散射光強分布進行了仿真分析,仿真結(jié)果表明在相同通信距離下,紫外光直視通信的衰減比非直視通信小約10dB。最后在霧霾天和晴朗天分別進行了紫外光通信系統(tǒng)的實測實驗,實驗結(jié)果表明紫外光在直視通信時,晴朗天的通信質(zhì)量能夠優(yōu)于霧霾環(huán)境約8dB;在紫外光非直視短距離通信時,霧霾環(huán)境下的通信質(zhì)量能夠優(yōu)于晴朗環(huán)境約3dB。(2)利用團簇團聚(Cluster-Cluster Aggregation,CCA)模型和離散偶極子近似(Discrete Dipole Approximation,DDA)方法研究了煙塵團簇粒子在不同濃度和原始粒徑下紫外光單次和多次散射信道的路徑損耗和散射光強等。仿真結(jié)果表明:在相同通信距離下,紫外光直視通信時,其散射信道的路徑損耗隨著煙塵濃度增大而增大,但變化不明顯;而在非直視通信中,其散射信道的路徑損耗隨著煙塵濃度的增大而減小。綜上所述,紫外光直視通信方式下,通信質(zhì)量隨著霧霾煙塵濃度的增大而下降;而在紫外光非直視通信方式下,霧霾煙塵環(huán)境都能夠在一定程度上提高紫外光的通信質(zhì)量。
【學位單位】：西安理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN23
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 國內(nèi)外研究進展
        1.2.1 紫外光散射的國內(nèi)外研究進展
        1.2.2 霧霾氣溶膠粒子散射的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.3 煙塵散射的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 本文主要工作
    1.4 本文的組織結(jié)構(gòu)
2 無線紫外光霧霾及煙塵散射理論基礎(chǔ)
    2.1 無線紫外光通信基本原理
    2.2 大氣散射對紫外光通信的影響
        2.2.1 大氣吸收作用
        2.2.2 大氣散射作用
    2.3 霧霾粒子的物理特性
        2.3.1 粒子尺度參數(shù)
        2.3.2 粒子的復(fù)折射率
        2.3.3 粒子尺度譜分布
    2.4 霧霾煙塵信道的光散射理論基礎(chǔ)
        2.4.1 Mie散射理論基礎(chǔ)
        2.4.2 T矩陣理論基礎(chǔ)
    2.5 煙塵信道的光散射理論基礎(chǔ)
        2.5.1 團簇-團聚凝聚模型
        2.5.2 離散偶極子近似方法
    2.6 本章小結(jié)
3 旋轉(zhuǎn)對稱的霧霾粒子紫外光散射信道特性研究
    3.1 霧霾粒子的散射信道模型
        3.1.1 單次散射信道模型
        3.1.2 多次散射信道模型
    3.2 球形霧霾粒子散射特性
        3.2.1 球形霾粒子的路徑損耗
        3.2.2 球形霾粒子的散射光強分布
    3.3 非球形霾粒子的散射特性分析
        3.3.1 橢球形霾粒子的路徑損耗分析
        3.3.2 圓柱形霾粒子的路徑損耗分析
    3.4 不同形態(tài)及粒徑下霾粒子散射特性分析
    3.5 霧霾環(huán)境下無線紫外光實測實驗及結(jié)果分析
    3.6 本章小結(jié)
4 煙塵團簇粒子的紫外光散射信道特性研究
    4.1 大氣粒子凝聚狀態(tài)
        4.1.1 規(guī)則凝聚粒子的狀態(tài)參數(shù)
        4.1.2 煙塵團簇粒子的狀態(tài)參數(shù)
    4.2 煙塵球形團簇粒子單次散射信道仿真結(jié)果分析
        4.2.1 球形煙塵粒子不同濃度相同半徑下的路徑損耗分析
        4.2.2 球形煙塵粒子相同濃度不同半徑下的路徑損耗分析
        4.2.3 球形煙塵粒子相同濃度不同波長下的路徑損耗分析
    4.3 非球形煙塵團簇粒子單次散射信道仿真結(jié)果分析
        4.3.1 橢球煙塵粒子的散射信道分析
        4.3.2 圓柱煙塵粒子的散射信道分析
    4.4 球形煙塵團簇粒子散射光強分布
    4.5 本章小結(jié)
5 總結(jié)與展望
    5.1 全文總結(jié)
    5.2 展望
致謝
參考文獻
附錄

【參考文獻】

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本文編號：2847100