紫外光通信大气传输特性及理论模型探讨

浮尘天气条件下无线紫外光通信的传输特性
宋鹏;马守领;张国青;郭华;张利剑
【期刊名称】《西安工程大学学报》
【年(卷),期】2022(36)1
【摘要】基于浮尘的粒子谱,采用Mie散射理论分析浮尘粒子各粒径下的散射效率因子和散射系数;采用蒙特卡罗方法模拟分析浮尘天气时浮尘粒径及浓度对紫外光通信的影响;搭建实验装置,测试不同浮尘天气下浮尘粒径及浓度对紫外光通信性能的影响,并与仿真结果进行了对比。

结果表明:1)浮尘粒子的散射效率因子和消光效率因子呈现振荡衰减趋势,且随着尺度参数的增大最终分别振荡收敛于2.07和1.14附近;2)当浮尘浓度一定时,紫外光通信的路径损耗随粒径的增大呈先减小后增大的趋势,出现极小值的半径范围在1.0~1.5μm之间;3)浮尘天气中,紫外光短距离通信时,路径损耗随着浮尘浓度的增加而降低,随通信距离和收发仰角的增大而增加。

【总页数】8页(P94-100)
【作者】宋鹏;马守领;张国青;郭华;张利剑
【作者单位】西安工程大学电子信息学院;西安工程大学理学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN929.12
【相关文献】
1.紫外光通信大气传输特性及理论模型探讨
2.无线光通信中紫外散射传播特性的研究
3.西藏阿里地区大气湍流信道下紫外光通信传输特性分析
4.非视距水下无线光
通信传输信道脉冲响应特性研究5.基于粒子谱分布的无线紫外光通信散射传输特性研究
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光电子 激光第18卷第6期 2007年6月 Journal of Optoelectronics Laser V ol.18N o.6 Jun.2007大气光通讯中基于蒙特卡罗方法非视线光传输模型*贾红辉**,常胜利,兰 勇,杨建坤,邵铮铮,季家(国防科技大学,湖南长沙410073)摘要:非视线(NLOS)光传输信道的研究目前常用单次散射近似方法,在进行较远距离、复杂天气条件下NLOS光传输模拟时误差很大,为此,本文提出并建立了一种基于蒙特卡罗方法NLOS光传输模型。

研究表明,该模型与单次散射近似应用在近距离、天气条件好时NLOS传输的模拟结果比较吻合。

进行了不同距离的NLOS光传输对比实验,结果验证了该算法的正确性和有效性。

关键词:大气光学;蒙特卡罗方法;非视线(NLOS);光散射通信中图分类号:TN929.12 文献标识码:A 文章编号:1005 0086(2007)06 0690 04N on line of sight Light Propagation Model Based on Monte C arlo MethodJIA Hong hui**,CH ANG Sheng li,LAN Yong,YANG Jian kun,SHAO Zheng zheng,JI Jia rong(National U niversity of Defense Technology,Changsha,410073,China)A bs tra ct:T he single scattering theory is always used to stud y the non line of sight(NLOS)light propagation,but when it isused for long distance or under complicated weather,much larger error will occur.In the paper,the NLOS light propagationmodel based on Monte Carlo method is described in detail.T his model is not only accordance with si ngle scatteri ng modelunder short distance and clear weather,but also in good agreement with the comparative experimental results,which also illustrates the correctness and effi ci ency of this algorithm.Key words:atmosphere optics;Monte Carlo method;non li ne of sight(NLOS);optical scatteri ng communication1 引 言大气光散射通信作为一种新兴的保密光通信技术,在局域安全通信领域具有很好的应用前景[1~3]。

非视线大气散射传输仿真研究
王巨胜;侯天晋;周鼎富
【期刊名称】《激光杂志》
【年(卷),期】2010()3
【摘要】利用非视线单次散射激光大气传输模型分析了工作在日盲紫外光谱区的激光散射通信系统接收机、发射机的收发视场、俯仰角以及传输距离等几何参数对系统路径传输损耗的影响。

计算结果表明,发射机的视场变化对路径传输损耗几乎没有影响,接收机视场的大小对系统性能的影响很大,在发射激光功率不变的情况下,增大接收机的视场可以显著地提高接收机的信号强度,减少系统的路径传输损耗,但在实际应用中受到一定的限制。

发射机的仰角变化对系统的影响较大,而接收机的仰角变化对系统的影响相对较小。

【总页数】2页(P46-47)
【关键词】光通信;散射通信;非视线;大气传输;瑞利散射;米氏散射
【作者】王巨胜;侯天晋;周鼎富
【作者单位】西南技术物理研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN929.12
【相关文献】
1.单次散射近似研究非视线光传输中的误差 [J], 贾红辉;常胜利;杨建坤;兰勇;邵铮铮;季家殚
2.基于非视线红外激光大气散射通信技术研究 [J], 刘兵;王巨胜;杨泽后;李晓锋;樊冬;任鹏;李斌;罗雄;冯力天
3.非视线单次散射大气传输模型研究 [J], 王巨胜;侯天晋;周鼎富;兰戈
4.非视线散射大气光通信的光学天线 [J], 方靖岳;张海良;贾红辉;邵铮铮;常胜利;杨俊才
5.紫外光非视线大气传输的实验研究 [J], 叶瑞泉;常胜利;兰勇;贾红辉;邰学勇
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探析紫外光通信技术原理及应用紫外光通信系统是一种新型的通信手段，与常规的通信系统相比，有很多优势。

由于紫外线主要以散射方式传播，并且传播路径有限，采用紫外光通信系统具有一定的绕过障碍物的能力，非常适用于近距离抗干扰的通信环境。

紫外光通信具有灵活、低窃听、全方位、非视距通信的独特优势，主要应用于短距离的、保密的通信是常规通信的一种重要补充。

紫外光通信是以大气分子和子溶胶粒子的散射和吸收为基础的。

紫外光通信基于两个相互关联的物理现象：一是大气层中的臭氧对波长在200nm到280nm之间的紫外光有强烈的吸收作用，这个区域被叫做日盲区，到达地面的日盲区紫外光辐射在海平面附近几乎衰减为零；另一现象是地球表面的日盲区紫外光被大气强烈散射。

日盲区的存在，为工作在该波段的紫外光通信系统提供了一个良好的通信背景。

紫外光在大气中的散射作用使紫外光的能量传输方向发生改变，这为紫外光通信奠定了通信基础，但吸收作用带来的衰减使紫外光的传输限定在一定的距离内。

因此紫外光通信是基于大气散射和吸收的无线光通信技术。

选择紫外“日盲”波段光波进行传输信号时，信号在传输过程中很少受到大气背景噪声干扰。

由于紫外辐射在大气中由瑞利散射所造成的光能损失是红外线的1000倍以上，使得工作于紫外波段的系统与红外系统相比具有很大的不同。

它是信息传输实现非视距工作方式的基础，同时也克服了其他自由空间信息传输系统在视距方式工作时的弱点。

与常规通信方式相比，紫外光通信有其特有的优势：1、高保密的数据传输性和强抗干扰能力；紫外光通信主要基于大气对紫外光的散射和吸收作用。

紫外光信号在大气传输过程中会呈现指数倍的衰减，传输距离一般不超过10公里，信号难以监听和截获。

另外，紫外光通信系统的辐射功率可根据通信距离减至最小，无线电设备很难对其进行干扰和精确定位。

2、可用于非直视通讯；紫外光在大气传输过程中会发生散射现象，散射特性可以使紫外。

浮尘天气条件下无线紫外光通信的传输特性浮尘天气条件下无线紫外光通信的传输特性近年来，随着无线通信技术的迅速发展，人们的生活变得越来越依赖于高效可靠的通信方式。

然而，在一些特殊环境下，如浮尘天气条件下，传统的无线通信技术往往受到很大的限制。

为了解决这一问题，研究人员开始关注使用紫外光作为无线信号传输的可能性。

紫外光通信技术是一种利用紫外光波段进行通信的方法。

与可见光通信和红外通信相比，紫外光通信的波长更短，频率更高，能够提供更大的带宽和更快的传输速率。

同时，紫外光能够穿透大气中的一些颗粒物质，比如浮尘，相较于其他波段的光波具有更好的透过性。

然而，在浮尘天气条件下，紫外光通信也面临着一些挑战。

首先，浮尘天气会导致空气中颗粒物增多，可能会对光的传输造成散射和吸收，从而影响通信的可靠性和传输质量。

其次，浮尘会降低光的穿透性，使得通信距离受限。

为了克服这些挑战，研究人员需要深入探索浮尘天气条件下紫外光通信的传输特性。

首先，浮尘颗粒对紫外光的散射和吸收特性需要进行研究。

通过实验和仿真模拟，可以分析不同类型和粒径的浮尘对紫外光信号的衰减情况。

这些结果可以用于设计合适的传输系统和合理安排通信距离，以保证信号的稳定传输。

其次，浮尘天气下的紫外光通信需要考虑天气条件的影响。

浮尘天气常常伴随着大气湿度的增加，而湿度对光的传输同样有影响。

湿度会增加光的散射和吸收，使得信号传输质量下降。

因此，在设计通信系统时，需要综合考虑浮尘和湿度对紫外光传输的影响，以提高通信的可靠性和稳定性。

此外，还需要注意紫外光通信系统中的安全性问题。

由于紫外光具有较大的穿透力，所以容易被窃听和黑客攻击。

在浮尘天气下，光信号的传输性能可能会受到损害，增加安全隐患。

因此，通过合理的安全协议和加密算法，确保通信的安全性是非常重要的。

在利用紫外光进行浮尘天气下的通信时，我们还可以借鉴其他波段通信的经验。

例如，可以采用自适应光传输系统，通过调整传输功率、编码方式和信号处理算法，提高通信系统的灵活性和适应性。

典型天气大气辐射传输特性研究一、本文概述随着全球气候变化研究的深入，大气辐射传输特性成为了气象学、环境科学和地球科学等领域的研究热点。

大气辐射传输特性决定了地球表面与大气之间的能量交换过程，对气候变化、天气预报、遥感探测等方面都具有重要意义。

本文旨在深入研究典型天气条件下的大气辐射传输特性，以期为进一步理解地球气候系统、提高天气预报精度以及优化遥感技术应用提供理论支撑。

本文首先将对大气辐射传输的基本理论进行阐述，包括辐射传输方程、大气吸收和散射等基本过程。

在此基础上，针对不同典型天气条件（如晴朗天气、多云天气、雾霾天气等）下的大气辐射传输特性进行详细分析。

通过对比不同天气类型下的大气光学厚度、辐射收支、辐射传输路径等关键参数，揭示各类天气条件下大气辐射传输的基本规律。

本文还将探讨大气辐射传输特性对地球表面温度、湿度、风速等气象要素的影响，以及如何通过遥感技术实现对大气辐射传输特性的反演和监测。

研究成果将为提高天气预报的准确性和精细化水平，以及优化遥感技术在气候变化监测和资源环境调查等领域的应用提供有力支持。

本文旨在对典型天气条件下的大气辐射传输特性进行深入研究，为气象学、环境科学和地球科学等领域的发展提供有益参考。

通过揭示大气辐射传输的基本规律，本文将为气象预报、遥感技术应用以及地球气候系统研究提供更为准确和全面的理论基础。

二、典型天气的分类与特点天气现象复杂多样，对大气辐射传输特性产生显著影响。

为了深入研究大气辐射传输特性，首先需要对典型天气进行分类，并明确其特点。

根据气象学的基本原理，我们可以将典型天气主要分为晴朗天气、多云天气、雾霾天气、雨雪天气等几类。

晴朗天气：晴朗天气是指天空无云或少云，太阳辐射直接到达地面的天气状况。

在这种天气下，大气对太阳辐射的吸收和散射作用较弱，太阳辐射能量主要直接传输到地面。

晴朗天气的辐射传输特性主要表现为太阳辐射强烈，地面接收到的辐射能量高，大气逆辐射较弱。

多云天气：多云天气是指天空中云层较多，但云层较薄，太阳辐射部分透过云层到达地面的天气状况。

第33卷第5期2007年9月 光学技术OP T ICA L T ECHN IQ U EV ol.33No.5Sep. 2007文章编号:1002-1582(2007)05-0759-04非直视紫外光通信单次散射传输模型研究*唐义,倪国强,张丽君,李永成(北京理工大学信息科技学院光电工程系,北京 100081)摘 要:依据L amber t 定律建立了非直视紫外光通信系统单次散射传输模型。

模型表明:大气传输中的两次斜向传输引入的大气透射比衰减,大气散射衰减和距离平方反比衰减是导致接收光功率随距离增加迅速衰减的主要因素。

为便于实际计算,对建立的散射传输模型做了合理的计算简化,经实验验证简化后的传输模型计算结果与实验结果吻合较好。

利用简化后的传输模型可以方便有效地计算出非直视紫外光通信接收机在不同距离下的接收功率和路径传输损耗,进而可以迅速、有效地计算和评估已知参数的非直视紫外光通信系统的极限工作距离。

关键词:NL OS;紫外光通信;日盲区;大气散射;单次散射模型中图分类号:T N929.12;O434.2 文献标识码:AStudy of single scatter model in NLOS UV communicationTAN G Yi,N I Guo -qian g,Z HANG L-i ju n,LI Yong -chen g(Depar tment of O ptical Engineering,Beijing Institute of T echnology ,Beijing 100081,China)Abstract:Based on L amber t law,a sing le scatter model about NL OS ultr av iolet communicat ion system of intensit y modu -late/dir ect detectio n was set up.A ccording to t he transmissio n model,atmospheric transmission attenuat ion,atmospheric scat -ter ing attenuation and inverse ration of square distance attenuatio n are the three main factors leading to the pow er attenuatio n with t he distance increase.In order to put the model into in practice,the model was simplified.T ested by t he ex periment out -doors,the calculation based on the model accor ds with the data acquired from exper iment quite well.T he simplified model could calculate power received by the receiver in differ ent distance and tr ansmission loss efficiently,w hich g ives effect ive w ay to bud -get and evaluate the tr ansmission distance of NL OS ultr av iolet communication systems in solar -blind.Key words:N LOS;so lar blind;ultraviolet co mmunication;atmospheric scattering;single scatter model0 引 言紫外光谱段可以分成多个区域,位于200~280nm 的谱段通常被称作紫外/日盲区0,该谱段的太阳辐射被大气平流层的臭氧层强烈吸收,从而在对流层(尤其是近地)内这个谱段的太阳背景低于10-13W/m 2[1],远低于可见光和近紫外段的太阳背图1 紫外光保密通信原理景强度。