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《非视线紫外通信大气传输特性的蒙特卡罗模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第36卷第5期光子学报Vol.36No.52007年5月ACTAPHOTONICASINICAMay2007*非视线紫外通信大气传输特性的蒙特卡罗模拟12221贾红辉,常胜利,杨建坤,杨俊才,季家镕(1国防科学技术大学光电科学与工程学院,长沙410073)(2国防科学技术大学理学院,长沙410073)摘要:基于蒙特卡罗方法建立了紫外光非视线传输多次散射模型,利用单次散射近似法和实验方法验证了模型的有效性,并利用该模型完成了非视线紫外光通信大气传输特性的模拟.模拟时光波长取紫外光通信的最佳工作波段(250nm附近),分析了不同传输距离下能见度、风、雨
2、、雾等参量对系统能量透射比的影响.结果指出,系统能量透射比随传输距离增大而剧烈减小,在天气较差传输条件下能量衰减得更快;风力大小的变化对通信系统影响不大.较近距离通信传输时(一两百米),通信系统受天气条件的影响较小.关键词:大气光学;非视线紫外通信;大气传输;蒙特卡罗方法中图分类号:TN929.1;TP391.9文献标识码:A文章编号:10044213(2007)0509556[8]0引言括系统脉冲响应函数等多个参量的模拟.单次散射具有计算速度快、操作性强等优点,但在复杂天随着紫外探测技术及紫外光学器件的不断发气、较远距离传输条件下,由于多次散射作用明显,展,目前紫
3、外光学技术已经成为国内外短波光学中单次散射模拟误差很大.VanDeHuslt提出单次散的研究热点之一,部分成果已经开始在国防和工业射近似条件是衰减系数与传输距离之积小于等相关领域应用.特别是紫外光通信技术作为一种0.1[9],但是当传输距离大于100米之后,这个条件新兴保密通信技术,能非视线传输、绕障能力强是其几乎不能满足.通信技术的最大特点,这使得系统能克服其他光通蒙特卡罗(MonteCarlo)方法常被用来研究光[1]信(如激光通信)必须视线工作对准困难的缺点,在复杂几何形状和非均匀媒介中多次散射传输问[25]具有广阔的应用前景.为更好进行系统设计及性[1012]题.本文
4、在简述非视线紫外通信技术基础上,建能评估工作,就必须建立一个能快速合理地描述紫立了基于蒙特卡罗方法紫外光非视线传输模型,经外光非视线传输模型,从而进行非视线紫外通信大过单次散射近似法及测量实验验证其有效性后,针气传输特性的研究.对紫外光通信的最佳工作波段,分析了不同传输距目前的大气辐射传输模型(如Lowtran、离下能见度、风、雨、雾等参量对非视线紫外通信系Modtran等)对模拟光在大气中视线传输非常简统的影响.[6]便,同时能得到光在特定大气条件下吸收、散射系数及分子散射比的值,但不能直接解决非视线光传1非视线紫外通信基本原理输的模拟问题.目前正在进行非视线紫外通信研究利用
5、紫外光实现非视线通信技术主要取决两个[3][4]的MITLab和BAESystem等单位均采用单次方面,其一是大气层中平流层中的臭氧分子强烈吸散射近似研究紫外光非视线传输信道的特性,在一收200280nm,导致这个波段在近地低空几乎不存定条件下能较好描述非视线光传输时信号的能量衰[6]在,利用250nm附近的紫外光进行通信,系统背减和时间特性.单次散射近似就是假定光在大气介景几乎为零,可以得到很高的信噪比.其二是在近地质中传输从发射源到达接收器的过程中只经过一次低空中,由于大气分子及气溶胶粒子的存在,波长较散射,忽略了其过程中多次散射的影响.1979年,短紫外光在大气中会发生强
6、烈的散射作用.紫外辐DavidM.Reilly等引入了椭球坐标系建立了基于单[7]射入射到低空大气后,将引起大气中的每个分子和次散射近似非视线光传输模型;1991年,MarkR气溶胶粒子作受迫振动,这些受迫振动的频率与入Luettgen等人发展了该单次散射模型并进行了包射紫外光相同.由惠更斯原理可知,这些受迫振动的分子和粒子将成为新的点光源,向外辐射次级子波,*国家自然科学基金(10377018;60607013)资助Tel:07314573270807Email:jiahh@nudt.edu.cn这些次级子波在均匀介质是相干的,但是在低空大收稿日期:20060828气中这些子
7、波间的固定相位关系被破坏,结果使得956光子学报36卷各个方向均有紫外光的传播,这些各个方向的光具1)发射第一个光子,限定其在一定视场内随机有原来光的频率,与前一级次波源有固定的相位差.发射,并赋予初始权重;2)确定下一个碰撞点,主要在非视线紫外通信传输中,虽然从发射点到接收点抽样光子大气传输中的随机步长,具体由衰减系数每个子波的光程可能不一样,但是在传输速率较低确定,同时计算光子权重大小的变化;3)选择光子的条件下,这些散射信号的统计特性仍能保持加载碰撞后的方向,主要由散
