摘要：降雨会使激光信号的传输产生严重的衰减，本文利用Mie散射理论，讨论分析降雨强度和雨滴谱分布对激光传输衰减的影响。结果表明，在降雨强度相同的条件下，群雨滴的散射能力从小到大依次为：JT分布、Gamma分布、MP分布和JD分布；激光传输过程中，不仅受雨滴谱分布的影响，而且也受到降雨强度的极大影响，降雨强度愈大，对激光传输的衰减愈大。65703

毕业论文关键词：激光传输，Mie散射理论，雨滴谱分布，衰减特性

Abstract: Rainfall can bring serious attenuaton to the laser signals, in this paper, based on Mie scattering theory, the influences of laser transmission attenuation because of rainfall intensity and raindrop size distribution are discussed and analyzed. The results show that under the same rainfall intensity conditions,the scattering power of Raindrop groups: JT distribution is the smallest, JD is the biggset. Laser is susceptible to rainfall intensity and raindrop size distribution when it is propagating in atmosphere, The greater the intensity of rainfall fell, the greater the attenuation of laser transmission.

Keywords: laser transmission, Mie scattering theory, raindrop size distribution, attenuation characteristics

目 录

1  引言 3

2  激光衰减特性 3

2.1  微粒散射理论 3

2.1.1  Mie散射 3

2.1.2  物理参数 3

2.1.3  独立散射和多次散射 4

2.2  雨滴特性 4

2.3  雨滴谱分布函数 4

2.4  谱分布函数的归一化 5

2.5  雨滴降落的末速度 6

3  降雨对激光传输特性的影响 7

3.1  单个雨滴的散射 7

3.2 群雨滴对激光传输的影响 8

3.3  降雨传播衰减系数 9

结论 11

参考文献 12

致谢 13

1  引言 

激光具有普通光源无法比拟的四个特性，即单色性好、方向性好、相干性好和亮度高，其能量可以有效地实现远距离传输。但激光相比无线电来说，穿透能力不够强，在大气中传播时经常会被气溶胶、分子、烟尘以及降雨等吸收和散射，使激光的传输受到不同程度的衰减，即所谓的衰减效应。另外，大气层中空气密度的无规则起伏还会对激光的传输产生影响，即湍流效应。其中，降雨是常见的自然现象, 相对其它几种情况而言，雨滴对光传输作用并不十分充分，它对激光信号产生衰减，严重的还可以导致无线通信链路的中断。本文主要根据Mie理论和常用的4种雨滴尺寸分布模型,将激光在雨中传输时由雨对其产生的衰减进行了研究。论文网

2  激光衰减特性

2.1  微粒散射理论

2.1.1  Mie散射

气体分子或粒子的半径r远小于入射光的波长λ时的散射服从瑞利分布，但当粒子半径r不断增大到一定尺寸时，不再服从瑞利分布，这时将使用Mie散射理论。Mie散射理论是由直径大于0.03 的粒子形成的散射。它是由米氏在给出了一定直径范围内后，从电磁波的麦克斯韦方程组中解出的，对任意成分的均匀球形粒子散射均适用。由于雨滴对光波波长来说是大粒子，所以运用Mie散射理论可以分析雨滴对激光传输的衰减。