但是，激光雷达的固有弊端也是极其明显的，比如说激光雷达在晴朗天气下的探测性能远远优于雾、霾等天气，可以说天气对激光雷达探测性能有着致命的影响。这是因为激光在大气中传播过程中，激光与传播介质中雾、霾粒子相互作用，在作用过程中，因为吸收和散射等作用使得激光能量大幅度衰减。而且，大气湍流现象还会导致激光雷达回波信号成像效果变差，成像质量将受到严重的损害。另外，激光雷达激光发散角很小，激光光束到达的范围很小，因此激光雷达并不适合大范围的探测，这一点限制了激光雷达的使用范围。

激光在大气中传输问题研究指的是激光在大气中传输，在传输的过程中与大气分子或者气溶胶粒子发生一系列的反应，这些反应改变了激光的一些性质，从而降低了激光雷达的性能，因此研究激光在大气中的传输问题是研究激光雷达的必要前提。

1。2  国内外研究现状

1。3  本文的主要内容

第一章介绍本课题研究的背景及其意义，同时对国内外现在的研究进展做一下介绍；

第二章介绍激光雷达的系统组成和工作原理以及激光发射光束传输的理论分析计算方法；

第三章在介绍大气的结构与成分组成的基础上，将激光在大气中的折射，吸收和散射效应作了分析，重点分析了Mie散射理论；

第四章介绍雾霾介质中气溶胶粒子的物理特性，得到其粒子分布特性及其微观分布类型并对其衰减特性作了分析；

第五章介绍了Monte Carlo模拟方法及其如何进行Monte Carlo建模；

第六章将Monte Carlo仿真实验的结果给出并分析雾霾介质对于激光发射光束的衰减及光束展宽情况。

2  激光雷达发射光束传播计算的基本模型

2。1激光雷达工作原理与组成

激光雷达与微波雷达有着相似的组成成分，其主要分为四部分，分别是激光发射系统、激光接收系统、信息处理系统和显示系统。其工作原理为：激光雷达光源向目标发出激光，激光通过一系列光学系统后将激光传出射向目标，在经过一段传输介质后，激光到达目标处时，经目标反射，反射回来的光有部分被激光雷达接收部分的电光探测器探测到，同时将光信号改为电信号，再经过放大、D/A转换、采集数据、数据处理，最后将信号绘制成图像并在显示器上显示出来。

图2。1  激光雷达系统

以典型的脉冲激光测距雷达为例，介绍其原理[1]。雷达向测距目标发射一个或一列很窄的激光脉冲（脉冲宽度小于50ns），经过测距目标的反射，雷达探测器接收反射回来的信号，通过测量脉冲发射出去到探测器探测到脉冲的时间，计算测距的距离。

激光雷达与测距目标的距离为R，激光脉冲在目标和激光雷达间往返时间为t，光速为c，那么

                                (2。1。1)

时间t由进入计数器的时钟个数来确定的。设在往返时间里，共有n个时钟信号被计数，每个时钟时间间隔为τ，时钟信号的振荡频率为f=1/τ，则

                         (2。1。2)

式中，l=c/2f，代表每个时钟信号所表示的为单位距离，测量得到n个时钟信号，就可以计算距离R。l表示了测量精度。

2。2 激光发射光束的性质

激光雷达发射光束的性质严重影响了其探测性能，激光雷达发射光束的性质即指激光发射光束的功率、激光发射光束的宽度、发射光束发散角、光束光强分布截面的形状和相对传输方向等[1]。