第37卷第6期红外技术V ol.37 No.6 2015年6月 Infrared Technology June 2015
496
激光红外大气传输透过率模型研究
陈芳芳，耿 蕊，吕 勇
（北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院，北京 100192）
摘要：为了提高激光红外传输在工程应用方面的精度，以辐射传输理论为基础，考虑大气湿度、温度、能见度等容易测量的因素，建立了大气透过率衰减的简化模型。利用模型，对不同波长的激光在各种大气环境及传输路径下的透过率进行了计算，并与商用软件的计算结果进行对比。实验结果表明：简化模型减小了运算量；晴朗大气，简化模型与软件计算结果在特定波段比较接近，最小相对误差低至0.005%。
关键词：大气透过率；激光红外；大气分子；气溶胶；吸收系数；PcModWin
中图分类号：TN21 文献标识码：A 文章编号：1001-8891(2015)06-0496-06
Research on the Transmittance Model of Laser Infrared Atmospheric Transmission
CHEN Fang-fang，GENG Rui，LYU Yong
（Instrument science and Optoelectronic Engineering Academy，Beijing Information Science and Technology University，
Beijing 100192，China）
Abstract：In order to improve the precision of laser infrared transmission in engineering applications, the integrative theoretic model for the transmittance attenuation model was established based on the infrared radiation transmission theory，and various easily measured factors considered, such as the air humidity, temperature and visibility. In the simplified model, the transmittance of laser, which has different wavelengths, was calculated in a variety of atmospheric and transmission paths, then compared with the results of commercial software. The experimental results show that the model can reduce the amount of computation. In the clear air, the calculations of simplified model are close to the software in a particular waveband, and the minimum relative error is as low as 0.005%.
Key words：atmospheric transmittance，laser infrared，atmospheric molecules，aerosol，absorption coefficient，PcModWin
0引言
在激光测距、激光遥感、激光制导和激光传输等方面都必须考虑大气对激光的衰减影响，因此使用影响激光透过率的容易测量的参数，建立简单易懂的激光衰减模型，准确、快速地得到大气的透过率是十分必要的。大气对激光传输的影响主要有2个方面：一是大气衰减使激光传输信号减弱；二是大气分子、气溶胶及悬浮微粒的散射形成背景辐射[1]。由于影响激光传输的因素是多样的，如大气分子、气溶胶、悬浮微粒、云雨雾霾、风、水汽以及海拔等[2]，在一定程度上增加了研究透过率的难度。
影响激光衰减的微观因素包括大气分子吸收和
散射、大气气溶胶吸收和散射，宏观因素包括大气压强、温湿度、能见度及各种气象条件。从微观大气因素出发计算透过率虽然精度高，但是计算量大，过程复杂，可实现性差。本文把影响透过率的微观因素和宏观因素相结合，以实际测量数据为基础，拟合出最为接近的关系式[3]。
1大气透过率的理论基础
大气中包含多种气体，氮气占单位体积的78%，氧气占21%，此外，还包含甲烷（CH4）、一氧化二氮（N2O）和一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、水汽（H2O）和稀有气体等微量气体。另外大气中还有悬浮的尘埃、液滴、冰晶等固体或液体微粒，这些粒子通