采用烟尘的团簇-团簇凝聚模型和离散偶极子近似方法,分析了紫外光在不同烟尘浓度和粒子半径下的单次和多次散射信道特性,以及散射角对散射光强的影响。研究结果表明,在紫外光短距离直视通信方式下,当粒子半径相同时,随着烟尘浓度的增大,路径损耗不断增大,而当烟尘浓度一定时,路径损耗随着粒径的增大而增大;在紫外光非直视通信方式下,短距离时烟尘浓度及原始半径越大,散射信道路径损耗越小,而长距离通信时烟尘浓度越高,其路径损耗越大,但不同浓度下的路径损耗的差别较小。在多次散射情况下,散射光强随着散射角的增大而减小,而当散射角相同时,烟尘浓度越高,紫外光的散射光强越大。

为了有效抑制直升机降落过程中尾流造成的强湍流效应, 采用分集接收技术来进行抑制。根据无线紫外光斜程通信和近直视通信的特性, 给出接收信号强度的边缘分布概率密度函数, 建立了基于gamma-gamma分布的紫外光近直视通信系统修正模型, 将分集接收技术引入该模型。理论分析了湍流效应对接收光信号强度边缘概率密度分布的影响以及最大比合并(MRC)、等增益合并(EGC)和选择性合并(SC)的误码性能。结果表明,大气湍流强度越强, 紫外光近直视通信系统的误比特率性能越差; 二分集时, MRC,EGC,SC 3种合并方式信噪比性能分别提升了22dB,18dB,16dB。分集接收技术能有效抑制直升机助降过程中的强湍流效应, 提升通信系统的稳定性和抗衰落性能。

雾霾天气已严重影响人们的日常生活, 通过检测雾霾粒子的紫外光散射偏振特性可以有效分析雾霾成因。 矿物粒子、 灰尘粒子等雾霾颗粒均有小规模表面粗糙度的形态学特征, 因此可用切比雪夫粒子作为模型分析。 “日盲”紫外光与切比雪夫雾霾粒子相互作用发生散射, 散射光偏振特性可反演切比雪夫雾霾颗粒物理性质(如粒子尺寸参数、 复杂折射率、 粒子形变、 波纹参数)。 采用紫外光单次散射模型和T矩阵方法, 仿真分析切比雪夫雾霾粒子物理参数与散射光偏振特性(Stokes矢量和偏振度)之间的关系, 结果表明: 粒径对散射光Stokes矢量Is和Qs随散射角的变化趋势影响很大, 粒子的粒径和复杂折射率虚部的变化会造成散射光偏振度随散射角的变化趋势的改变; 具体分析散射角度为10°时, 得到粒径对Is和Qs的数值影响最大, 当粒径r<1 μm时, Is随粒径呈现抛物线趋势; 切比雪夫粒子形变的增大, Is呈现先增大后减小的趋势。

紫外光与雾霾粒子发生散射后, 其散射信道特性能够反映雾霾粒子的相关物理信息, 利用无线紫外光单次和多次散射信道模型, 采用Mie散射和T矩阵理论分析了霾粒子在不同形态和浓度下的紫外光散射信道特性, 以及散射角对散射光强的影响, 并完成了紫外光在雾霾环境下的实测。 通过理论及仿真分析, 得到了不同霾粒子形态下的紫外光通信路径损耗以及光强分布。 结果表明: 紫外光直视通信方式下, 路径损耗随着霾粒子浓度的增大而增大, 且通信质量差于晴朗天。 非直视通信方式中, 在短距离通信时, 高霾浓度下的路径损耗小于中低霾浓度, 然而随着通信距离的继续增大, 高雾霾浓度下的通信质量急剧下降, 低霾浓度下通信质量最终达到最优, 且距离为200 m时通信质量能优于晴朗环境。 当通信距离相同时, 三种雾霾浓度下的紫外光散射光强分布均随着散射角的增大而减小, 当散射角继续增大并超过90°时, 低霾浓度下的散射光强最大。 主要原因是虽然散射角继续增大, 但是有效散射体体积逐渐减小, 因此低霾浓度下的散射光强较大。 且当粒子粒径相同时, 球形粒子的衰减较非球形粒子大。 雾霾环境下实测结果与仿真结果相类似, 证明了仿真结果的正确性, 并在一定程度上证明了实际大气中雾霾非球形粒子多于球形粒子。

为了研究直升机编队飞行在链路中断或节点中断情况下的路径恢复, 基于紫外光非直视通信的路径损耗, 采用Dijkstra算法寻找网络连通性的前提下直升机编队飞行通信网络的最优路径, 通过节点移动来实现链路中断或节点中断时的路径恢复。通过理论以及仿真分析, 得到了最优路径在不同链路断开时的路径恢复情况。结果表明, 采用所提出的算法虽然在节点移动时需要花费2s~3s的时间, 但是与路径重寻方法相比, 3跳和4跳节点的链路收敛时间能够有效减小0.2ms和0.4ms, 路径权值同样能够减小20dB和45dB, 因此该算法具有可行性。这一结果对机群间路径快速恢复的研究有一定的应用价值。