【摘要】：除了波長(zhǎng)或頻率(顏色)、振幅(強(qiáng)度)以及相位信息外,偏振是表征光的另一基本物理特性,亦可作為光波信息有效傳輸?shù)幕据d體。大氣是一個(gè)復(fù)雜的分散系統(tǒng),探究偏振信息在其中的傳輸特性,對(duì)于偏振導(dǎo)航、衛(wèi)星遙感、軍事偵察、星地通信等領(lǐng)域中的應(yīng)用具有十分重要的探究?jī)r(jià)值。論文針對(duì)于云霧復(fù)雜分散系統(tǒng),構(gòu)建蒙特卡洛仿真系統(tǒng)及搭建實(shí)際實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以探究偏振信息在其中的傳輸特性,為實(shí)現(xiàn)真實(shí)大氣鏈路信息高效傳輸以及降低復(fù)雜分散系統(tǒng)的影響提供理論支持,主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)研究了偏振信息在霧分散系統(tǒng)中的寬譜段傳輸特性�；诿商乜逅惴�,針對(duì)不同類(lèi)型的微粒體系,仿真了寬波段下不同偏振光(圓偏振和線偏振)在霧天環(huán)境下的動(dòng)力學(xué)演化過(guò)程;為與真實(shí)環(huán)境相匹配我們調(diào)研了大氣霧數(shù)據(jù)庫(kù),理論仿真了線偏振光和圓偏振光在單分散及具有某一分布特性的多分散體系下的偏振信息傳輸特性,比較了線和圓偏振的保偏能力以及不同波長(zhǎng)下的偏振響應(yīng)特性。圓偏振相比較線偏振具有優(yōu)良的偏振保持能力,圓偏振在彌補(bǔ)遮蔽效應(yīng)提高穿透能力上提供了很好的選擇性。(2)研究了偏振信息在云分散系統(tǒng)中的穿透特性。針對(duì)典型云層體系,改進(jìn)了蒙特卡洛分層算法模型,從而更加有效對(duì)偏振信息傳輸特性進(jìn)行仿真;仿真中針對(duì)水云和冰云兩種云層環(huán)境進(jìn)行了數(shù)據(jù)庫(kù)參量的調(diào)研,并根據(jù)構(gòu)建的不同云分散體系詳細(xì)探究了中紅外波段下圓和線偏振信息的傳輸特性。結(jié)果顯示圓偏振的穿透能力較優(yōu)于線偏振的穿透能力,并且冰云隨波長(zhǎng)變化下偏振度值波動(dòng)性較小。(3)研究了真實(shí)水霧實(shí)驗(yàn)條件下圓和線偏振光的偏振保持能力。圍繞偏振光在復(fù)雜分散體系中的穿透特性這一主題,設(shè)計(jì)并搭建了一套實(shí)驗(yàn)設(shè)備(入射波長(zhǎng)為633nm),實(shí)驗(yàn)構(gòu)建了3種水霧環(huán)境(薄霧、中等霧以及濃霧),觀察并分析了線偏振光和圓偏振光在模擬水霧分散體系中的穿透特性,研究比對(duì)了線偏振光和圓偏振光偏振穿透保持(PM)能力。圓偏振光相比于線偏振光而言具有很好的PM能力,而且隨著霧分散體系光學(xué)厚度值的增加,圓偏振的優(yōu)勢(shì)更加突出,表明圓偏振在霧分散體系中具有良好的透霧能力。
【圖文】：

光與其中的微粒相互作用，散射和吸收，將會(huì)造成光波信息的衰減，這些相互作用雖說(shuō)可以有效地遮蔽一些有害的光譜輻射能量，但也遮擋了一些必要光波信息的傳輸，導(dǎo)致探測(cè)信息有效性的降低，造成成像模糊，對(duì)比度下降，丟失大量的有用信息[16-17]。隨著人類(lèi)對(duì)空間資源的利用需求日益增加以及應(yīng)對(duì)日漸匱乏的微波頻譜資源問(wèn)題，信息的高效傳輸、獲取對(duì)遙感探測(cè)、星地通信等十分重要，可以說(shuō)傳統(tǒng)的光強(qiáng)信息已經(jīng)不能滿(mǎn)足對(duì)信息的高效和高保真的傳輸需求。因此，根據(jù)大氣偏振散射模型，來(lái)探究偏振光在大氣分散介質(zhì)中的傳輸特性運(yùn)用偏振信息實(shí)現(xiàn)高效的高保真的信息傳輸是近年來(lái)研究的熱門(mén)問(wèn)題[18-23]，這就要求對(duì)大氣分散系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更充分的探究。在大氣的物理過(guò)程中，除了氣溶膠粒子外，，大量的存在著液態(tài)的水云、霧以及高空云中的冰晶粒子等[24]，它們對(duì)光的散射和吸收在輻射傳輸問(wèn)題中的作用要遠(yuǎn)大于大氣氣溶膠粒子，但對(duì)于它們的研究還遠(yuǎn)不如氣溶膠粒子，如圖 1.1 所示為日常生活中所見(jiàn)到的兩處?kù)F體系下的場(chǎng)景，可以看出它們對(duì)于光波的遮蔽效果。因此，探究偏振光在云霧體系下的穿透特性對(duì)于后續(xù)實(shí)現(xiàn)高保真信息的傳輸是十分有必要的。

第二章 偏振散射的微觀理論第二章 偏振散射的微觀理論要對(duì)光波的偏振狀態(tài)，偏振光通常所存在的幾種形式以及述，然后對(duì)兩種散射特性理論(瑞利散射和米氏散射)進(jìn)行了分散特性傳輸模型算法—蒙特卡洛（MC）算法。偏振態(tài)ell 從一組數(shù)學(xué)方程中總結(jié)和擴(kuò)展了關(guān)于光波的所有經(jīng)驗(yàn)知作為電磁場(chǎng)可以作為橫波傳播，即光波是特定頻率范圍示，它的電場(chǎng) E 和磁場(chǎng) B 彼此正交，并垂直于它們的傳 并非是 y 和 x 的函數(shù)，同時(shí) E 并不等于 0，因此 E 是常數(shù)值來(lái)說(shuō)。同時(shí)，我們知道時(shí)變電場(chǎng) E 產(chǎn)生磁場(chǎng) B (0 B 可以用來(lái)描述電磁波的性質(zhì)，而不失一般性。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：P237;O436.3

【參考文獻(xiàn)】

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2 楊大生;王普才;;中國(guó)地區(qū)夏季云粒子尺寸的時(shí)空分布特征[J];氣候與環(huán)境研究;2012年04期

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本文編號(hào)：2587650