[发明专利]一种偏振光在火星沙尘暴中传输的蒙特卡洛计算方法

说明书

本发明公开一种偏振光在火星沙尘暴中传输的蒙特卡洛计算方法，具体按照以下步骤实施：步骤1，在仿真过程中，确定入射光初始状态；步骤2，确定进入介质的光子每碰撞一次光子的位置；步骤3，确定散射角α、方位角β；步骤4，光子散射追踪及偏振态处理；步骤5，根据终止条件终止光子的追踪及确认总的偏振光的状态。该方法解决了计算中使用离散随机介质的平均物理特性的问题，为未来改善火星光学探测设备性能以及火星上无线激光通信提供理论支撑。

技术领域

本发明涉及火星大气成分光学探测技术领域，具体涉及一种偏振光在火星沙尘暴中传输的蒙特卡洛计算方法。

背景技术

火星是一个易发沙尘暴的类地行星，沙尘暴是火星上的主要气候之一，基本上每十年就会发生一次全球性的沙尘暴，火星复杂的大气环境会导致火星上的风速、沙尘的垂直分布以及沙尘暴的规模与地球不同。火星沙尘粒子会对入射到火星地表的太阳光进行吸收和散射作用，严重影响火星地表的热结构，进而影响火星光学探测以及未来火星上无线光通信的性能，而作为星地之间信息纽带的重点角色—通信系统，研究火星沙尘粒子对无线激光通信的影响是至关重要的。

偏振光在大气中进行传输时，会被大气中的各种各样的气溶胶粒子散射吸收，还会被背景辐射影响，这就对激光造成很多干扰，不仅能量遭到衰减、分布被破坏，而且相关物理性质也会发生改变，这就严重影响了激光能量的传递和携带信息的准确性，对于光通信、目标识别与跟踪、光电武器等对信息要求较高的领域产生不少不良影响。在火星探测领域，若是激光雷达，气溶胶对激光的衰减使激光作用的有效距离减短，无法持续有效的追踪探测火星地形和环境，为研究火星是否存在生命运动等信息造成巨大难点；

偏振光因其特有的性质，被广泛运用到探测领域，未来我国的火星探测也将装备偏振探测装置。入射偏振光与散射介质发生碰撞后，除了光强、运动方向会发生改变，激光的偏振态也会随之发生改变。

火星大气环境恶劣，而火星沙尘暴成为影响火星光学探测的主要因素。目前在大气辐射学里面，蒙特卡洛方法是模拟偏振光传输最成熟的方法之一，对多重散射使用蒙特卡洛模拟的方法提出了一种改进。放弃原来使用离散随机介质的平均物理特性，而是根据其尺寸分布，对每一次碰撞散射的光子进行随机抽样，这样在仿真过程中更符合实际情况。

发明内容

本发明的目的是提供一种偏振光在火星沙尘暴中传输的蒙特卡洛计算方法，解决了计算中使用离散随机介质的平均物理特性的问题，为未来改善火星光学探测设备性能以及火星上无线激光通信提供理论支撑。

本发明所采用的技术方案是，一种偏振光在火星沙尘暴中传输的蒙特卡洛计算方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，在仿真过程中，确定入射光初始状态；

步骤2，确定进入介质的光子每碰撞一次光子的位置；

步骤3，确定散射角α、方位角β；

步骤4，光子散射追踪及偏振态处理；

步骤5，根据终止条件终止光子的追踪及确认总的偏振光的状态。

本发明的特征还在于，

步骤1中，入射光初始状态包括光子的初始位置坐标(x,y,z)，运动方向坐标、偏振态权重和Stokes矢量参数确定偏振态。

步骤2的具体实施方式如下：

确定好光子初始位置，将偏振光入射，每碰撞一次光子位置的移动公式如下：