大气激光信道模型
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大气激光信道模型
大气吸收模型 大气散射模型 大气湍流模型
大气吸收模型
• 比尔定律 I (v, z) I0 (v)e( s)z
吸收系数 由分子吸收光谱决定 完整描述分子吸收特性应包括： • 光频率 • 分子谱线线型 • 光强度
分子吸收谱线
线型函数 g(v, v0 ) 气体分子谱线加宽机理
• 谱线加宽
(n 1)2
V N1
I0 (1 cos2 )
米耶散射
• 针对球形质点粒子 • 存在吸收 • 散射光强度随粒子尺度改变 • 散射光偏振性随粒子尺度改变 • 近似处理气溶胶粒子散射
霾、云滴、冰晶、冰雹、雪花
s
0
Qs
(
x,
n)n(r
)r
2
dr
大气湍流模型
光束宽度 与湍流尺度 l 的相对大小相关
/
6
dh
• Rytov 近似下
2
ACn2k07/6 z11/6
光强闪烁
• 对数强度起伏方差
2 ln I
4
2
• 误码率
BER
1
erfc
4
2
2
2 ln I
ln(P0
/
P)1
2 c
光强闪烁
• 均匀各向同性弱起伏湍流大气 • 闪烁概率分布 • 对数正态分布
0.3
P ()
1
e
(
)2
2
2
2
ln A
A0
光强闪烁
• 5~20km，γ<60°，红外和夜间 • • 对数振幅起伏方差
2
4.787/8 (sec )11/6
hA hT
Cn2
(h)h5
P(c )
c
2
e
c2 2
s2l
2
I0
c sl
2
• 漂移引起的光强起伏概率密度
(
P%)
a
2
2
a2
PP%%0
2
P%e
s2l
2
2
I0
a2
2
P0
ln
PP%%0
到达角起伏
• 到达角起伏方差
2 c
c2
2 0
2v
(1
e2vz )
• 等晕角
0
Байду номын сангаас
0.058
6
/
5
(cos
)3/
5
2 0
Cn2
(h)h5
/
3dh
3 /
5
1 0 (1 e2vz ) / vz
到达角起伏
• 均匀各向同性弱起伏大气 • 到达角起伏概率密度
P( ,
z)
2 c
e
2 12
2
2 c
I0
1
2 c
• 到达角起伏光强分布
(P%)
a2
2
P%0
a2
PP%%0
2
e
12
2
2 c
I0
2a2
• 可见光、1μm 、3~5μm 、8~12μm 是常用的大气窗 口
大气散射模型
弹性散射
• 瑞利散射 又称分子散射 散射粒子线度在1/10 波长以下
喇曼散射
• 米耶散射 又称微粒散射 散射粒子线度与波长 同量级
瑞利散射
• 波长四次方反比 • 强度随方向改变 • 散射光偏振度与观察方向有关
I
(2 )2 4R2
当 2 = l 时 • 光束漂移
当 2 l 时
• 到达角起伏
当 2 ? l 时
• 光束扩展 • 光强闪烁
光束漂移
• 均匀各向同性弱起伏大气 • Markov 近似束心漂移位移方差
2
c2
1.92Cn2z3(2a0 )1/3
• 光束漂移是一种0.1~10Hz的低频率抖动
光束漂移
• 束心位移概率密度
• 均匀加宽
• 非均匀加宽
• 自然加宽 • 碰撞加宽 • 多普勒加宽
大气窗口
• 碰撞加宽和多普勒加宽形成综合加宽，大气通过综 合加宽线型吸收光谱
• 由于氮、氧、臭氧分子的吸收作用，λ＜0.3μm紫 外光和λ＞20μm 红外光被大气吸收
• 激光在大气中传输时，吸收带中透射率较高的波段， 形成大气窗口
大气吸收模型 大气散射模型 大气湍流模型
大气吸收模型
• 比尔定律 I (v, z) I0 (v)e( s)z
吸收系数 由分子吸收光谱决定 完整描述分子吸收特性应包括： • 光频率 • 分子谱线线型 • 光强度
分子吸收谱线
线型函数 g(v, v0 ) 气体分子谱线加宽机理
• 谱线加宽
(n 1)2
V N1
I0 (1 cos2 )
米耶散射
• 针对球形质点粒子 • 存在吸收 • 散射光强度随粒子尺度改变 • 散射光偏振性随粒子尺度改变 • 近似处理气溶胶粒子散射
霾、云滴、冰晶、冰雹、雪花
s
0
Qs
(
x,
n)n(r
)r
2
dr
大气湍流模型
光束宽度 与湍流尺度 l 的相对大小相关
/
6
dh
• Rytov 近似下
2
ACn2k07/6 z11/6
光强闪烁
• 对数强度起伏方差
2 ln I
4
2
• 误码率
BER
1
erfc
4
2
2
2 ln I
ln(P0
/
P)1
2 c
光强闪烁
• 均匀各向同性弱起伏湍流大气 • 闪烁概率分布 • 对数正态分布
0.3
P ()
1
e
(
)2
2
2
2
ln A
A0
光强闪烁
• 5~20km，γ<60°，红外和夜间 • • 对数振幅起伏方差
2
4.787/8 (sec )11/6
hA hT
Cn2
(h)h5
P(c )
c
2
e
c2 2
s2l
2
I0
c sl
2
• 漂移引起的光强起伏概率密度
(
P%)
a
2
2
a2
PP%%0
2
P%e
s2l
2
2
I0
a2
2
P0
ln
PP%%0
到达角起伏
• 到达角起伏方差
2 c
c2
2 0
2v
(1
e2vz )
• 等晕角
0
Байду номын сангаас
0.058
6
/
5
(cos
)3/
5
2 0
Cn2
(h)h5
/
3dh
3 /
5
1 0 (1 e2vz ) / vz
到达角起伏
• 均匀各向同性弱起伏大气 • 到达角起伏概率密度
P( ,
z)
2 c
e
2 12
2
2 c
I0
1
2 c
• 到达角起伏光强分布
(P%)
a2
2
P%0
a2
PP%%0
2
e
12
2
2 c
I0
2a2
• 可见光、1μm 、3~5μm 、8~12μm 是常用的大气窗 口
大气散射模型
弹性散射
• 瑞利散射 又称分子散射 散射粒子线度在1/10 波长以下
喇曼散射
• 米耶散射 又称微粒散射 散射粒子线度与波长 同量级
瑞利散射
• 波长四次方反比 • 强度随方向改变 • 散射光偏振度与观察方向有关
I
(2 )2 4R2
当 2 = l 时 • 光束漂移
当 2 l 时
• 到达角起伏
当 2 ? l 时
• 光束扩展 • 光强闪烁
光束漂移
• 均匀各向同性弱起伏大气 • Markov 近似束心漂移位移方差
2
c2
1.92Cn2z3(2a0 )1/3
• 光束漂移是一种0.1~10Hz的低频率抖动
光束漂移
• 束心位移概率密度
• 均匀加宽
• 非均匀加宽
• 自然加宽 • 碰撞加宽 • 多普勒加宽
大气窗口
• 碰撞加宽和多普勒加宽形成综合加宽，大气通过综 合加宽线型吸收光谱
• 由于氮、氧、臭氧分子的吸收作用，λ＜0.3μm紫 外光和λ＞20μm 红外光被大气吸收
• 激光在大气中传输时，吸收带中透射率较高的波段， 形成大气窗口