1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
提出了一种基于遗传算法进行频谱估计的相干多普勒测风激光雷达三维风场反演方法。该方法无需对视向风速进行计算,可以直接从多方位频谱密度中提取三维风场信息,能够提高弱信噪比情况下的数据反演精度。采用的遗传算法为针对相干激光雷达改进的遗传算法,能够准确、快速、并行地反演出风矢量解。对算法进行了仿真,结果显示,改进后的遗传算法在收敛速度以及全局寻优能力方面相对于传统遗传算法都有着明显提升,并且在低信噪比信号仿真对比中,此方法风场反演结果优于传统非线性最小二乘法反演结果。将该方法应用于实际雷达系统中,在激光雷达与探空气球实测数据对比中,两者水平风速均方根误差小于0.7 m/s,水平风向标准偏差小于6°,这些结果验证了风场反演结果的精确性。将采用所提方法得到的结果与实测数据最小二乘法风场反演结果进行对比,发现在当时的大气条件下,频谱估计法约有12.3%的探测距离的增大。仿真和实测数据对比结果充分证明了此方法反演三维风场的能力和有效性。
遥感 风场测量 相干多普勒测风激光雷达 遗传算法 频谱估计
中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
蓝绿激光位于海水低损耗窗口区, 由于水体吸收和散射, 光束在水下传输将发生时空扩展和波形畸变。基于蒙特卡罗仿真分析 了蓝绿激光海洋传输特性, 特别是激光发射参数对接收光场分布的影响。提出通过调节发射端的光束发射参数, 对发射光束进行 预聚焦, 可在一定程度上抵消水体传输引起的光束扩散影响。分析和仿真结果表明, IB水体中, 当预聚焦角度与水体小角度散射 特征值相当时, 可在设计汇聚距离前形成一段光束扩散缓慢的平坦传输区域; 当预聚焦角度大于小角度散射特征值的2倍时, 可在设计聚焦距离附近形成汇聚效果; 预聚焦角度越大, 汇聚效果越明显; 水体变差时, 相应有效汇聚距离变短。研究成果 为调控蓝绿激光信号在海水的传输特性提供了一种新的思路。
蓝绿激光 蒙特卡罗仿真 光束预聚焦 散射 海洋传输特性 blue-green laser Monte Carlo simulation beam pre-focusing scattering ocean propagation characteristics
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory of Space Laser Communication and Detection Technology, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
One fast simulation method using Markov chains was introduced to simulate angular, energy, and temporal characteristics of pulsed laser beam propagation underwater. Angular dispersion of photons with a different number of collisions was calculated based on scattering function and the state transition matrix of Markov chains. Temporal distribution and energy on the receiving plane were obtained, respectively, by use of a novel successive layering model and receiving ratio. The validity of this method was verified by comparing it with the Monte Carlo ray tracing (MCRT) method. The simulation results were close to those obtained by MCRT but were less time consuming and had smoother curves.
010.3310 Laser beam transmission 010.4458 Oceanic scattering Chinese Optics Letters
2019, 17(10): 100003
