大氣水凝物中THz波和紅外波的輻射傳輸特性.pdf

1、隨著太赫茲輻射源、太赫茲探測(cè)和成像技術(shù)的發(fā)展，太赫茲波的輻射傳輸特性在寬帶通信、雷達(dá)探測(cè)、電子對(duì)抗、電磁武器等領(lǐng)域倍受關(guān)注。太赫茲波段在空間大氣水凝物中的輻射傳輸特性，對(duì)研究空間環(huán)境太赫茲雷達(dá)探測(cè)、通信等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值，是建立戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中太赫茲波/脈沖的散射和傳輸仿真計(jì)算模型的基礎(chǔ)。
　　本論文基于地球大氣傳輸概況及波在離散隨機(jī)介質(zhì)中的傳輸理論，研究了太赫茲波、紅外波在大氣水凝物中的輻射傳輸特性。得到了不同模型下的太赫茲波段

2、水的復(fù)折射率隨頻率的變化關(guān)系；基于時(shí)變離散隨機(jī)介質(zhì)的脈沖傳播理論分析了紅外、太赫茲信號(hào)在不同濃度霧中的雙頻互相關(guān)函數(shù)；對(duì)比了太赫茲脈沖波在水凝物中的展寬、畸變和時(shí)延，得到了紅外高斯脈沖在霧天氣、沙塵性氣溶膠中的時(shí)延，以及太赫茲高斯脈沖在雨中的時(shí)延；考慮單次散射近似理論及多次散射理論，運(yùn)用蒙特卡羅法得到了紅外、太赫茲信號(hào)在雨中的衰減特性及在霧中的多次散射特性；考慮霧滴粒子譜分布，得到了紅外、太赫茲信號(hào)的透過率、反射率、前向后向散射強(qiáng)度隨角

3、度的變化關(guān)系等。論文的主要內(nèi)容如下：
　　1.分析了氣體分子能級(jí)躍遷與光譜特性，比較了大氣典型氣體分子的吸收譜線，對(duì)比發(fā)現(xiàn)大氣中水汽和氧氣對(duì)太赫茲波的吸收不可忽略。水凝物是由水（降雨、霧、云）和冰組成的。由此知道水凝物對(duì)于太赫茲波的傳輸影響較大。用幾種不同的模型得到了太赫茲波段水的復(fù)折射率隨頻率的變化，并與HITRAN數(shù)據(jù)庫提取值做了對(duì)比。
　　2.計(jì)算了太赫茲波段大氣背景輻射特性，給出了0.1~1THz頻段內(nèi)的大氣背景輻射

4、亮溫。該工作對(duì)于研究隨機(jī)介質(zhì)中太赫茲波的輻射傳輸特性，掌握不同溫度、能見度等條件下，太赫茲頻段大氣透過率窗口的位置和寬度，及促進(jìn)該頻段在傳輸、通信、雷達(dá)探測(cè)等方面的應(yīng)用具有重要意義。
　　3.基于時(shí)變離散隨機(jī)介質(zhì)的脈沖傳播理論，詳細(xì)分析了紅外波、太赫茲波在霧中的雙頻互相關(guān)函數(shù)，對(duì)比了不同能見度、頻率下信號(hào)的雙頻互相關(guān)函數(shù)的幅度及相位變化；得到了高斯脈沖輸入時(shí)信號(hào)的展寬和畸變及時(shí)延，對(duì)比了紅外高斯脈沖在霧天氣、沙塵性氣溶膠中的時(shí)延，

5、以及太赫茲高斯脈沖在雨中的時(shí)延。結(jié)果表明，脈沖時(shí)延和輸入脈沖波長(zhǎng)、傳輸距離以及粒子濃度有關(guān)。該結(jié)果對(duì)于研究修正脈沖信號(hào)在大氣水凝物中傳輸產(chǎn)生的形變具有重要的理論意義。
　　4.基于降雨的物理特性，重點(diǎn)分析了單個(gè)球形雨滴粒子的消光特性、散射特性及相函數(shù)，對(duì)比了考慮不同雨滴粒子譜時(shí)，紅外、太赫茲信號(hào)的衰減。所得不同雨滴譜分布下信號(hào)的衰減與 ITU-R數(shù)據(jù)做了對(duì)比。該結(jié)果為研究太赫茲頻段在雨介質(zhì)中的信號(hào)衰減實(shí)驗(yàn)提供了理論參考。