發(fā)布時(shí)間：2020-11-12 22:18

　　 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(guò)率、反射率、前向后向散射強(qiáng)度隨角度的變化關(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(kù)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(jiàn)度等條件下,太赫茲頻段大氣透過(guò)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(jiàn)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,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。5.基于霧的物理特性,詳細(xì)分析了紅外信號(hào)、太赫茲信號(hào)在霧中的單次散射、多次散射特性,重點(diǎn)分析了單個(gè)霧滴粒子的消光特性、散射特性,以及考慮霧滴粒子群時(shí)信號(hào)的透過(guò)率、反射率、前向后向散射強(qiáng)度隨角度的變化關(guān)系等。以上工作對(duì)于分析霧天氣對(duì)于不同波段信號(hào)的影響效果,擴(kuò)展現(xiàn)有通信系統(tǒng)的頻率選擇,以及促進(jìn)通信技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用都有著重要的參考價(jià)值。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：O434.3
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
符號(hào)對(duì)照表
縮略語(yǔ)對(duì)照表
第一章 緒論
    1.1 太赫茲波和紅外波簡(jiǎn)介
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況及發(fā)展方向
    1.3 選題意義及主要內(nèi)容
    1.4 論文創(chuàng)新點(diǎn)
第二章 地球大氣傳輸概況
    2.1 引言
    2.2 地球大氣組成
        2.2.1 水汽
        2.2.2 氣溶膠
        2.2.3 其他大氣成分
    2.3 氣體分子能級(jí)躍遷與光譜特性
        2.3.1 大氣分子吸收光譜的形成
        2.3.2 振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)帶的結(jié)構(gòu)
        2.3.3 譜線強(qiáng)度、半寬度與線型
    2.4 大氣主要組成成分的吸收譜線
        2.4.1 逐線吸收
        2.4.2 連續(xù)吸收
    2.5 水凝物的THz波段復(fù)折射率
    2.6 本章小結(jié)
第三章 波在離散隨機(jī)介質(zhì)中傳輸?shù)幕�本理�?br>    3.1 引言
    3.2 單個(gè)球形粒子散射Mie理論
        3.2.1 Mie理論
        3.2.2 單個(gè)球形粒子的散射與衰減
    3.3 波在離散隨機(jī)介質(zhì)中的單次散射近似理論
        3.3.1 單次散射近似理論
        3.3.2 衰減率表示
        3.3.3 比爾-布格-朗伯定律
    3.4 信號(hào)在離散隨機(jī)介質(zhì)中的多次散射效應(yīng)
    3.5 用蒙特卡羅方法處理多重散射
    3.6 本章小結(jié)
第四章 大氣背景紅外與THz波的輻射特性
    4.1 引言
    4.2 紅外波段的大氣輻射特性
        4.2.1 太陽(yáng)輻照度
        4.2.2 大氣透過(guò)率
        4.2.3 天空大氣輻射亮度
    4.3 THz波段大氣背景輻射特性
        4.3.1 大氣主要組成成分的吸收譜線
        4.3.2 大氣背景下的THz波的輻射特性
    4.4 本章小結(jié)
第五章 降雨的紅外與THz波段傳輸特性
    5.1 引言
    5.2 降雨的物理特征
        5.2.1 降雨的分類
        5.2.2 雨滴的形狀和降落速度
        5.2.3 常用雨滴尺度分布模型
    5.3 平面波在雨中的傳播特性
        5.3.1 THz波段單個(gè)球形雨滴散射特性
        5.3.2 紅外波段單個(gè)球形雨滴散射特性
        5.3.3 降雨對(duì)THz波段信號(hào)的衰減
    5.4 本章小結(jié)
第六章 紅外與THz波在霧中的傳輸特性
    6.1 引言
    6.2 霧的物理特性
        6.2.1 霧的基本概念
        6.2.2 霧滴譜分布
        6.2.3 霧滴譜特征分析
        6.2.4 單個(gè)霧滴粒子散射特性
    6.3 平面波在霧中的單次散射
        6.3.1 紅外信號(hào)在霧中的單次散射
        6.3.2 THz信號(hào)在霧中的單次散射
    6.4 平面波在霧中的多重散射
        6.4.1 紅外信號(hào)在霧中的多重散射
        6.4.2 THz信號(hào)在霧中的多重散射
    6.5 本章小結(jié)
第七章 大氣水凝物中紅外與THz脈沖波的傳輸效應(yīng)
    7.1 引言
    7.2 時(shí)變離散線性隨機(jī)介質(zhì)中的脈沖傳播
        7.2.1 脈沖傳播基本理論
        7.2.2 相干時(shí)間
        7.2.3 相干帶寬
        7.2.4 脈沖畸變與延時(shí)
    7.3 信號(hào)在大氣水凝物中的的雙頻互相關(guān)函數(shù)
        7.3.1 紅外信號(hào)在霧中的MCF
        7.3.2 THz信號(hào)在霧中的MCF
    7.4 高斯脈沖在大氣水凝物中的展寬和時(shí)延
        7.4.1 紅外高斯脈沖信號(hào)在霧中的展寬與時(shí)延
        7.4.2 紅外高斯脈沖信號(hào)在沙塵性氣溶膠中的展寬與時(shí)延
        7.4.3 THz高斯脈沖信號(hào)在雨中的時(shí)延
    7.5 本章小結(jié)
第八章 結(jié)論和展望
    8.1 研究結(jié)論
    8.2 研究展望
致謝
參考文獻(xiàn)
作者簡(jiǎn)介

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