[发明专利]扬尘环境下脉冲激光传输特性仿真方法

权利要求书

1.扬尘环境下脉冲激光传输特性仿真方法，其特征在于，该方法采用的设备包括脉冲激光发射系统、后向散射回波接收系统和透射接收系统；

仿真方法的实现步骤如下：

步骤一：建立坐标系；

步骤二：扬尘质量浓度区间划分；

步骤三：计算出激光在不同质量浓度区间内对应的激光衰减系数；

步骤四：设置扬尘环境参数、脉冲激光发射系统参数、后向散射回波接收系统参数和透射接收系统参数；

步骤五、初始化发射光子，设置脉冲激光峰值对应的光子数量，初始化每个光子的能量、位置和方向，并依次发射到扬尘环境中；

步骤六、计算光子散射自由程；

步骤七、散射自由程修正；

步骤八、计算光子散射后的位置和能量；

步骤九、对光子在坐标系中的位置进行判别，如果光子经过散射后仍然在扬尘环境中，且光子能量大于后向散射回波接收系统或透射接收系统接收阈值，保存散射后光子的位置和能量，返回步骤六，如果光子经过散射后仍然在扬尘环境中，且光子能量小于后向散射回波接收系统或透射接收系统接收阈值，进入步骤十；如果光子经过散射后不在扬尘环境中，则判断光子是否进入后向散射回波接收系统或透射接收系统，光子的能量是否大于后向散射回波接收系统或透射接收系统接收阈值，如果满足则认为接收到的光子有效，记录接收到光子的时刻和光子的能量；

步骤十、判断是否为最后一个光子，对每一个光子都进行是否为最后一个光子的判断，如果不是最后一个光子，循环执行步骤五到十；如果是最后一个光子，执行下一步；

步骤十一：统计透射接收系统和后向散射回波接收系统接收到的光子信息；

步骤十二：整形为脉冲信号。

2.如权利要求1所述的扬尘环境下脉冲激光传输特性仿真方法，其特征在于，所述脉冲激光发射系统由激光器和发射光学模块组成，所述激光器用于发射脉冲激光，发射光学模块对激光器发射的脉冲激光进行整形；

所述后向散射回波接收系统和透射接收系统均是由接收光学模块和光电探测器组成，接收光学模块将尽可能多的光汇聚到光电探测器的光敏面上，光电探测器将接收到的光信号转换为电信号；

所述脉冲激光发射系统和后向散射回波接收系统共同位于扬尘环境的一端，透射接收系统位于扬尘环境的另一端，透射接收系统的光轴和脉冲激光发射系统的光轴在同一直线上，透射接收系统接收脉冲激光中穿透扬尘环境的光子，后向散射回波接收系统接收脉冲激光中遇到扬尘环境发生后向散射回到发射平面的光子。

3.如权利要求1或2所述的扬尘环境下脉冲激光传输特性仿真方法，其特征在于，所述步骤四中的扬尘环境参数包括粒径范围、粒径分布和不同波长下的粒径复折射率；脉冲激光发射系统参数包括激光波长、激光脉宽、激光功率、束腰半径、光束发散角；后向散射回波接收系统参数包括有效接收光学系统直径、光敏面尺寸、接收视场角、收发光轴间距和接收灵敏度；透射接收系统参数包括有效接收光学系统直径、光敏面尺寸、接收视场角和接收灵敏度。

4.如权利要求3所述的扬尘环境下脉冲激光传输特性仿真方法，其特征在于，所述步骤四中扬尘参数设置方法为：采用激光散射粒度分布分析仪对采集的扬尘样本进行粒径分布测试，得到扬尘粒子不同粒径的频度分布；在对粒径进行抽样时，根据实际测得不同粒径扬尘粒子出现的频度，在[0,1]区间上分配不同的长度，然后仿真时在[0,1]区间上均匀随机抽样，抽样值所在区间对应的粒径，即为光子碰撞到的粒子粒径。

5.如权利要求4所述的扬尘环境下脉冲激光传输特性仿真方法，其特征在于，所述步骤五中初始化发射光子的方法是：利用光子数量表征激光功率，将激光传输问题离散化，利用光子到达后向散射回波接收系统和透射接收系统的数量、能量和时刻来对脉冲激光后向散射特性和透射特性进行定性分析，得到归一化后向散射回波强度和透射强度。