[發(fā)明專利]非均勻煙霧環(huán)境偏振傳輸特性實驗與仿真的驗證方法

有效

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• 申請日: 2017-11-16
• 公開（公告）號: CN107764399B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張肅;戰(zhàn)俊彤;段錦;付強;祝勇
• 申請（專利權(quán)）人: 長春理工大學(xué)
• 主分類號: G01J4/00
• 分類號: G01J4/00;G01N21/21
• 代理公司: 長春市吉利專利事務(wù)所 22206
• 代理人: 李曉莉

非均勻煙霧環(huán)境偏振傳輸特性實驗與仿真的驗證方法，屬于偏振傳輸探測領(lǐng)域,本發(fā)明針對非均勻煙霧環(huán)境，提出了一種偏振傳輸特性的實驗與仿真的驗證方法，該方法利用傳統(tǒng)模擬均勻介質(zhì)環(huán)境的蒙特卡洛程序，在實驗測試中，通過實時測量沉降時間內(nèi)光學(xué)厚度的方式，建立實驗測試與模擬仿真中非均勻環(huán)境參數(shù)的聯(lián)系，用理論的方法驗證實驗測試，使得非均勻煙霧環(huán)境下的偏振傳輸特性模擬仿真得以實現(xiàn)，增加了測試準確性，為非均勻環(huán)境下的偏振傳輸特性測試提供理論依據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種非均勻煙霧環(huán)境偏振傳輸特性實驗與仿真的驗證方法，屬于偏振傳輸探測領(lǐng)域。

背景技術(shù)

偏振成像由于在強度成像基礎(chǔ)上增加了強度與光譜不能反映的偏振維度信息，能夠顯著增強目標與背景之間的差異，增加霧霾、煙塵等環(huán)境下的作用距離，成為解決煙霧環(huán)境探測的有效手段，因而在煙霧介質(zhì)中對偏振傳輸特性進行研究對實際探測具有重要的研究意義。

近年來，對煙霧環(huán)境下的偏振傳輸計算機仿真與實驗測試的研究多停留在均勻介質(zhì)環(huán)境，如Mie散射、蒙特卡洛程序等都是對均勻、球形粒子進行研究。但在真實的自然場景中，如霧霾天氣及戰(zhàn)場煙霧環(huán)境，由于受到外界環(huán)境干擾的作用，介質(zhì)環(huán)境往往是非均勻的，尤其對于地心引力所造成的煙霧環(huán)境沉降的問題，也更是實際測試中普遍存在且不可避免的問題，則現(xiàn)有的計算機仿真程序無法進行模擬，對于實際測量結(jié)果的真實性也無法得到驗證。

因此，針對這種由于沉降現(xiàn)象所產(chǎn)生的非均勻煙霧環(huán)境，亟需一種非均勻煙霧環(huán)境偏振傳輸特性實驗與仿真的驗證方法。

發(fā)明內(nèi)容

為了研究非均勻煙霧介質(zhì)的偏振傳輸特性，并在實驗測試與計算機仿真方法下共同得到驗證，具有較高的測試準確性，本發(fā)明提出了一種非均勻煙霧環(huán)境偏振傳輸特性實驗與仿真的驗證方法。

本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：非均勻煙霧環(huán)境偏振傳輸特性實驗與仿真的驗證方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一、開啟激光器，發(fā)射光束依次經(jīng)過準直系統(tǒng)、濾光片入射到線偏振片，通過調(diào)節(jié)線偏振片角度獲得水平偏振光，水平偏振光經(jīng)過煙霧環(huán)境模擬系統(tǒng)后入射到分光棱鏡，經(jīng)由分光棱鏡分成兩路光束，且每路光束的光強度均相同，在其中一路光束的傳播方向上設(shè)置有光功率計，在另一路光束的傳播方向上設(shè)置有偏振態(tài)測量儀；

步驟二、開啟光功率計，測量煙霧環(huán)境模擬系統(tǒng)未充入煙霧時光強度；

步驟三、在煙霧環(huán)境模擬系統(tǒng)內(nèi)沿光線傳輸方向上放置粒度儀，煙霧發(fā)生器向煙霧環(huán)境模擬系統(tǒng)中充入煙霧，由煙霧環(huán)境模擬系統(tǒng)中的風(fēng)扇攪拌均勻，并由粒度儀測量煙霧環(huán)境模擬系統(tǒng)中充入煙霧的粒徑參數(shù)；

步驟四、排空煙霧環(huán)境模擬系統(tǒng)中煙霧，移除煙霧環(huán)境模擬系統(tǒng)中的粒度儀，重復(fù)步驟三，并重新向煙霧環(huán)境模擬系統(tǒng)中充入煙霧，待煙霧攪拌均勻后，由光功率計和偏振態(tài)測量儀分別記錄出射光束的光強值和偏振度的變化情況，待光功率計測量的光強值穩(wěn)定后，停止實驗操作；

步驟五、截取光功率計在光強值非穩(wěn)定狀態(tài)下測量的采樣時間下的光強值，則采樣時間內(nèi)煙霧環(huán)境模擬系統(tǒng)中產(chǎn)生的煙霧為非均勻煙霧環(huán)境，并由充煙霧前的光強值I_o和充煙霧后的光強值I計算在此采樣時間下的光學(xué)厚度τ，如下所示：

步驟六、根據(jù)煙霧發(fā)生器產(chǎn)生煙霧的成分，查找折射率表，找到對應(yīng)煙霧的折射率，將激光器發(fā)射的激光波長、入射偏振光的偏振態(tài)、煙霧介質(zhì)的折射率、粒度儀測得的粒徑及在相應(yīng)采樣時間下對應(yīng)的光學(xué)厚度值依次輸入到蒙特卡洛模擬程序中，用于計算機模擬在相應(yīng)采樣時間下的偏振度值；

步驟七、分別繪制實驗條件下偏振態(tài)測量儀測得的及蒙特卡洛方法仿真計算下得到的采樣時間與偏振度的關(guān)系曲線，進行對比；