目次

1绪论1

1.1研究背景和意义1

1.2国内外研究现状2

1.3蒙特卡罗方法3

1.4本论文的主要内容4

2激光雷达测距特性分析的基础知识4

2.1脉冲激光测距原理4

2.2激光雷达测距特性的评价体系5

3激光在雨中的衰减6

3.1雨滴的形状6

3.2雨滴尺寸分布7

3.3雨滴对激光光束的衰减7

4光子传输的蒙特卡罗方法模拟9

4.1光子的多重散射9

4.2蒙特卡罗方法在本模拟中的应用10

4.3光子模型及光子的初始化10

4.4光子步长11

4.5光子的传播过程12

4.6程序流程图13

4.7仿真结果与讨论14

结论19

致谢20

参考文献22

1  绪论 1.1  研究背景和意义 自从激光器问世以来，激光技术应用领域不断扩大和延伸。由于激光具有单色性好、相干性强、准直性高以及高亮度、大功率等特点，因此激光在通信、航天、遥感、测距和监测等多领域得到了广泛应用，激光测距技术作为最早最成熟的技术也不断得到发展。 1960年第一只红宝石激光器问世，仅仅相隔一年以后，世界上第一台红宝石激光测距仪也随之研制成功。1969 年美国首次将激光测距仪用于坦克火控系统，引导坦克对目标实施打击。到了 80 年代中后期，随着半导体激光技术的日趋成熟，使得激光测距仪在民用方面的广泛应用成为可能。 影响激光雷达测距特性的因素，除激光雷达系统自身参数外，还包括气象条件的影响。源]自=优尔-·论~文"网·www.youerw.com/对于激光雷达系统自身参数（例如阈噪比、信噪比等的设定）对其测距特性的影响[1，2]，国内外已有许多学者进行了研究，也得到了很好的结果。这就使得激光雷达在简单天气环境下的测距精度达到了很高的水平。而将激光雷达用于复杂天气（例如雾、霾、雨、雪等）环境中时，激光雷达的测距误差明显加大。气象的影响是大气从分子到气溶胶的各种组分，各种大气环境条件下的吸收和散射引起的衰减模式的综合效果，而激光传输的规律又反映了气象的规律，因此，引起人们重视，成为激光的大气传输的重要内容。但由于二者之间的相互影响的模式极为复杂，理论研究具有一定难度。在计算大气总透射率时，晴朗、干燥和洁净的大气对激光传输的影响比较简单，并可得到较好的结果。但是对于云、雾、霾、雨和冰雪等天气，对于大风、沙尘暴等天气，各种影响的机理都有不同程度的影响，是一个很复杂的互相关联的过程。目前尚无较好的方法和较精确的结果。但首先可以对典型的雾、云、雨和雪等天气做出简单的分析。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[3，4]，而脉冲激光在降雨环境下的传输特性研究则很少。激光在雨天传输时会受到雨滴的吸收、散射等衰减作用，基于降雨的多变性，研究的实验条件很难满足，难度较大。而降雨会使得激光测距雷达测距精度降低，甚至于无法使用。 因此，我们有必要对激光雷达在雨天的测距特性进行研究，以期通过对激光雷达系统进一步优化，使其能够在降雨环境下进行精确测距。这对提升我国激光雷达技术的研发能力有着重要意义。