非球形火星沙尘粒子的光谱散射特性研究

针对复杂的火星大气环境,基于T-matrix理论,对三种非球形火星沙尘粒子的散射特性进行了研究,计算了服从对数正态分布的非球形火星沙尘粒子的散射特性,分别在有沙尘暴和无沙尘暴两种条件下,分析非球形火星沙尘粒子的传输衰减和透射率随粒子数浓度、波长以及高度的变化趋势,并与球形粒子进行对比.结果表明:非球形与球形粒子的消光效率因子和散射效率因子存在较大差异,两者之间的最大差值分别为1.7868和1.7619,而切比雪夫粒子的散射特性与球形粒子最接近;当入射波长为0.55μm时,火星上沙尘粒子群整体的散射主要集中在前向40°以内,且非球形与球形粒子在前向60°以内散射强度基本相等,大于60°时非球形的散射强度比球形粒子高;非球形火星沙尘粒子的传输衰减和透射率(随波长、粒子数浓度和高度)的变化趋势与球形的基本一致,且其尺寸的比值越接近于1,传输衰减和透射率越接近于球形粒子的值.

粗糙球体和锥体目标激光散射非相干分量比

为了研究激光散斑对目标探测的影响,采用物理光学近似方法,进行了平面波激光照射在粗糙球体和圆锥体目标时对散射场统计特性的理论分析,推导了粗糙体目标散射场量的二阶统计矩,数值计算了粗糙球体和锥体的非相干散射分量比随粗糙度、散射角、半径及目标材料的变化情况。结果表明,散射角的变化对粗糙球体散射非相干分量比有影响,粗糙度变大,目标的非相干分量占总散射分量的比重越大;随着粗糙球体半径变小,球体表面越粗糙;圆锥体目标散射非相干分量比的峰值位置随粗糙度变化而不同,但其峰值均位于镜反射方向上;金属类材料比非金属抛光铝材料的非相干分量比小,且半径变化与非相干分量比成正比。该研究结果可为更复杂目标激光散射特性和激光散斑探测、识别的研究提供一定的参考价值。

基于NCEP数据库的星光大气折射修正模型

提高星光大气折射模型精度对于改善天文导航系统的精确性具有重要意义。本文针对目前常用的美国标准大气(USSA)和COSPAR国际参考大气(CIRA)参考模式精度较低的问题,利用高分辨率的美国国家环境预报中心(NCEP)大气参数数据结合傅里叶插值算法建立了大气参数时空变化模型,根据不同高度、不同经纬度的大气折射率,计算了星光在大气中的传播路径,并建立了星光大气折射模型。与现有模型对比分析表明,本文建立的大气温度时空变化模型拟合实测数据时的相对误差小于2%,平均绝对误差小于3.5 K,大气密度拟合的相对误差小于4.39%,1月低纬、中纬和高纬的折射时空模型与传统单点模型之间的相对误差分别为37.64%、9.79%和28.78%,7月低纬、中纬和高纬的折射时空模型与传统单点模型之间的相对误差分别为27.95%、26.89%和39.10%,因此考虑了时空变化的星光大气折射模型理论精度更高。

基于布里渊激光雷达的海水温度和盐度反演

作为一种新型的激光探测雷达,布里渊激光雷达可以用于海水参数的监测。针对现有的布里渊激光雷达反演模型存在反演精度和参数范围较小的缺点,将频移和线宽作为自变量,采用最小二乘法对温度与盐度进行了拟合,提出了新的温度与盐度的反演模型。该模型提高了海水温度和盐度的反演精度与范围,并从灵敏度、误差、不确定度三个方面对反演模型进行了分析。结果表明,利用布里渊频移和线宽可以实现海洋温度和盐度的同步监测。在温度反演模型中,布里渊线宽对温度的影响要大于频移对温度的影响,新的模型温度反演范围从15℃≤T≤30℃扩大为10℃≤T≤30℃,最大误差为0.17℃,平均误差为0.07℃,平均相对误差为0.27%,比现有模型的精度提高了63.16%;在盐度反演模型中,布里渊频移对盐度的影响要大于线宽对盐度的影响,该模型的反演范围也从30‰≤S≤35‰扩大为15‰≤S≤35‰,最大误差为0.20‰,平均误差为0.09‰,平均相对误差为0.29%,比现有模型的精度提高了77.50%。研究结果对布里渊激光雷达探测海水温度和盐度具有指导意义。

火星沙尘环境中的偏振光传输特性仿真

对偏振光在火星沙尘中的传输特性进行了研究,首先分析了火星沙尘粒子散射系数、吸收系数和不对称因子随粒径尺寸的变化关系,然后利用偏振蒙特卡罗方法模拟了偏振光在火星大气中的多重散射,计算并分析了波长、粒径分布、风速、高度、粒子数浓度对偏振光传输特性的影响。研究结果表明:偏振光退偏度随着传输距离的增大而增大,粒子数浓度越大,偏振度退化越严重。当波长为0.55μm时,对于所选用的两组粒径分布,有效粒径小时反而退偏严重,15.3 m/s和1.7 m/s风速对应的退偏度相差将近两个数量级,在所选的6个波长中7.46μm激光在火星沙尘中传输时偏振保持性最好,而波长0.66μm激光在火星沙尘中传输时透射性是最好的。