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高空日盲波段大气信道背景噪声分布模型优化方案

时间:2023-06-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:由于近地面少量臭氧的存在,“日盲”波段的紫外光被进一步吸收,使得低空紫外光通信基本处于无背景噪声状态。因此为降低通信信噪比,需要建立高空“日盲”波段大气信道背景噪声分布模型对这一部分噪声进行分析。图9.4紫外光背景噪声计算模型ζs为太阳辐射的天顶角。散射系数与吸收系数之和为消光系数,随海拔高度变化大气介质成分发生改变,散射系数与吸收系数都为位置变量z的函数。

高空日盲波段大气信道背景噪声分布模型优化方案

由于近地面少量臭氧的存在,“日盲”波段的紫外光被进一步吸收,使得低空紫外光通信基本处于无背景噪声状态。而在高空则会存在有一部分“日盲”波段紫外光信号的残留,当紫外光探测器探测到这些残留信号时,会产生额外噪声。因此为降低通信信噪比,需要建立高空“日盲”波段大气信道背景噪声分布模型对这一部分噪声进行分析。本节假设大气是由一个个均匀分布的平行层构成,建立一个分层式“日盲”波段紫外光噪声计算模型,如图9.4所示。

图9.4 紫外光背景噪声计算模型

ζs太阳辐射的天顶角。假设存在一散射粒子位于与顶层大气相距ZA处的A点。紫外探测器所在O点与顶层大气相距ZO,并设置其仰角为θ,视场角为2φ。ζa为AO路径的天顶角。

Bougue定律指出,当一束平行光通过吸收介质和浑浊介质时,光能损耗与传播路径长度成正比:

式中,Ei(λ)表示波长为λ的光进入介质时的辐照度,Ks(λ)为与波长有关的散射系数,Ka(λ)为吸收系数,L表示传播路径长度,Er(λ)是出射的辐照度。散射系数与吸收系数之和为消光系数,随海拔高度变化大气介质成分发生改变,散射系数与吸收系数都为位置变量z的函数。消光系数为

依据Bougue定律,由太阳直接到达O点的背景噪声辐照度Esolar

太阳在A点的背景噪声辐照度EA为(www.xing528.com)

式中,E0为入射太阳光辐照度。光线到达A处,被A处粒子散射,沿散射角θa方向,光线传播距离sec(ξa)d z,截面积为1的路径上,单位立体角辐射强度

该光束到达O点时,单位立体角光辐射强度IO

对z1在0~ZO范围内积分,即可得到以O为起点,沿AO方向的所有散射元的散射光线到达O处时,单位立体角的辐射强度:

用探测器视场立体角Ω与单位立体角辐射强度Iscat(θa)的乘积,可以表示到O点各个方向上的辐射强度的总和:

探测器接收到的背景光可视为由太阳直接辐射和散射辐射两部分的叠加,设探测器接收面积为Ar,那么探测器接收到的背景光功率为:

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