Matlab激光雷达在雨天的测距特性研究(2)
时间:2020-12-19 11:03 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
1.2 国内外研究现状 1.2.1 激光在雨中传播特性的研究现状 由于光是一种电磁波, 当电磁波波长与粒子尺寸可比拟时，产生米氏散射， 其散射场分布可用米氏散射理论来求解。大气中尘埃(其半径小于 1μm)或雾滴( 其半径介于 1μm和 10μm之间) 的尺寸与一般光波长(包括红外光) 接近，可以用米氏散射理论来计算它们对光波的衰减。雨滴的半径(介于 0.1mm 和 10mm之间)要远大于可见光波长，因此用米氏散射理论来计算雨滴对可见光波的衰减并不很适合。 国内外学者针对沙尘、云雾、湍流这些复杂气候做了大量的研究，分别从理论分析、数值模拟和实验测试等研究激光信号在散射介质中的传播特性，而脉冲激光在降雨环境下的传输特性研究则很少。1968 年，T.S.Chu[5]等人针对波长分别为 0.63μm、3.5μm和 10.6μm的光波在雨、雾和雪中的传输进行了大量实验并得到相关数据，测得数据显示，在同等降雨量条件下，0.63μm可见光波的衰减比 10.6μm红外波的衰减小大约 40%，T. S. Chu 等人认为这是雨滴的前向散射效应造成的。1996 年，C. J. Gibbins[6]等人通过雨中光传输实验也测得了类似的结果，即 10.6μm红外波的衰减比 0.63μm可见光波的衰减高大约 50%，他们认为这是雨滴的多重散射效应造成的，并指出在可见光域单次散射模型计算的结果比测得的结果高 40%。散射方法预测光波在雨中的传输衰减时会出现较大偏差。1920 年F. W. Preston[7]仅考虑雨滴对光传输的遮挡作用，在《Nature》上发表的题为《Visibility of Landscape during Rain》一文，其结果与实际情况比较符合。这是因为散射的光场分布与距离的平方成反比，进而散射引起的光强衰减可以忽略不计。但是 F. W. Preston 的模型没有考虑到雨滴的尺寸分布特性，不够准确，因此没有得到其后研究人员的继承与推广。Liu等[8]采用Ｔ-矩阵法分析了脉冲波形在湍流、云雨雾中的传输特性并证明云、雨对不同波段的脉冲信号衰减严重，Eremin 等运用离散信源法研究了线性排列雨滴的多次电磁散射，根据不同形状雨滴粒子和入射场的极化方向文献综述，给出了无线电定位数值模型。S. T. Hong 等给出了波长为 0.6943μm和 10.6μm的光脉冲在雨雾、湍流等介质中的数值计算结果，指出光波在雨雾中会有一定的脉冲畸变。 当脉冲激光在降雨等复杂环境下传输时，会受到雨滴的吸收和散射等作用，不仅会引起激光信号的衰减，同时雨滴的多次散射使光子飞行路程增加，影响信号的传输时间。因此，雨滴对脉冲激光的吸收和散射等衰减作用的研究对激光雷达在降雨环境下精密测距有着重要的理论和应用价值。 (责任编辑：qin) |