应用大气光学基础 光波在大气中的传输与遥感应用PDF电子书下载

目录 1

第一章 光波在大气中的折射 1

1.1 空气折射率 1

1.1.1 折射率公式 1

1.1.2 折射率的高度分布 2

1.2 大气折射与修正 3

1.2.1 近地面折射 3

1.2.2 大气折射修正 6

参考文献 10

第二章 大气的吸收与散射效应 11

2.1 辐射传输概述 11

2.1.1 基本定义 11

2.1.2 布给定律 12

2.2 大气的结构与组成 13

2.2.1 大气层结构 13

2.2.2 大气成分 14

2.2.3 气溶胶和粒子 16

2.3 辐射在大气中的吸收 20

2.3.1 气体分子吸收光谱 22

2.3.2 大气主要成分对激光的吸收特性 31

2.4 辐射在大气中的散射 37

2.4.1 分子散射 37

2.4.2 微粒散射 40

2.4.3 非弹性散射 46

2.4.4 多次散射 50

2.5.2 雾的衰减 52

2.5 实际大气中辐射的衰减 52

2.5.1 霾的衰减 52

2.5.3 云的衰减 54

2.5.4 雨和雪的衰减 56

2.5.5 斜程衰减 58

2.5.6 常用激光在大气中衰减的比较 60

2.5.7 红外辐射的大气衰减 61

参考文献 63

3.1 大气湍流概要 67

第三章 湍流大气中光的传输 67

3.1.1 大气湍流的基本模型 68

3.1.2 近地面湍流的特性 69

3.1.3 湍流的高度分布 69

3.2 湍流介质中光波的传播理论 71

3.2.1 小扰动近似 71

3.2.2 马尔柯夫近似 74

3.3.1 对数强度起伏方差 77

3.3 强度起伏 77

3.3.2 空间协方差 79

3.3.3 闪烁的时间频谱 80

3.3.4 光强的概率分布 82

3.3.5 孔径平滑效应 85

3.3.6 倾斜光程上的闪烁 86

3.4 相位起伏 88

3.4.1 光束的相位起伏 88

3.4.2 到达角起伏 92

3.5.1 平均强度 95

3.5 有限光束的扩展与漂移 95

3.5.2 光束扩展 98

3.5.3 光束漂移 100

3.6 折叠式光路上的湍流效应 103

3.6.1 强度起伏 103

3.6.2 孔径平滑效应 107

3.6.3 光束扩展 108

3.6.4 光束抖动 109

3.6.5 光程长度起伏 110

3.7.1 大气闪烁对激光雷达的影响 112

3.7 湍流效应对若干光学工程的影响 112

3.7.2 大气闪烁对光通信的影响 114

3.7.3 大气中相干性损失 115

3.7.4 大气湍流对图像分辨率的影响 117

3.8 湍流效应的补偿 118

3.8.1 多元变形镜自适应技术 119

3.8.2 相位共轭补偿技术 121

参考文献 123

4.1.1 击穿机理 126

第四章 大气中强激光传输的非线性效应 126

4.1 高功率激光的大气击穿效应 126

4.1.2 击穿阈值 128

4.1.3 击穿区域的若干特征 130

4.2 高能激光束在大气中的热畸变 131

4.2.1 基本方程组 131

4.2.2 连续波稳态热晕 132

4.2.3 单脉冲热晕 136

4.2.4 脉冲列热晕 139

4.2.5 非均匀光程上脉冲激光的热晕 141

4.3 随机介质中强激光的热晕 142

4.3.1 混合湍流对光束热散焦的影响 143

4.3.2 窄光束在热散焦情况下的强度起伏 144

4.3.3 热晕状态下宽光束的强度起伏 145

4.3.4 热晕状态下脉冲辐射的起伏 146

4.4 热晕的抑制与补偿 147

4.5 受激喇曼散射 149

4.5.1 大气中的受激喇曼散射 150

4.5.2 受激转动喇曼散射阈值 153

参考文献 155

第五章 激光遥感的原理与方法 157

5.1 后向散射技术 158

5.1.1 后向散射激光雷达方程 158

5.1.2 激光雷达方程的解 160

5.1.3 若干因素的影响 162

5.1.4 重迭系数 165

5.2 差分吸收技术 166

5.2.1 差分吸收激光雷达方程 167

5.2.2 探测灵敏度 168

5.2.3 误差分析 168

5.3 荧光技术 173

5.3.1 荧光激光雷达方程 173

5.3.2 误差分析 175

参考文献 176

第六章 大气环境监测 178

6.1 气溶胶性质的探测 178

6.1.1 衰减系数与后向散射系数的测量 179

6.1.2 浓度的测量 180

6.1.3 尺度分布的反演 181

6.1.4 混合层观察 183

6.1.5 平流层气溶胶测量 184

6.2 气体浓度与分布的监测 186

6.2.1 差分吸收法探测 186

6.2.2 喇曼散射法探测 192

6.3.1 碱金属原子的遥感 194

6.3 高层大气成分的遥感 194

6.3.2 氢氧基的遥感 197

参考文献 198

第七章 激光雷达在气象上的应用 202

7.1 大气温度、密度和气压的探测 202

7.1.1 大气密度与气压的探测 202

7.1.2 大气温度的探测 205

7.2 大气水汽的测量 209

7.2.1 差分吸收法测量水汽 210

7.3 激光雷达测风 211

7.2.2 喇曼散射法遥测大气水汽 211

7.3.1 多普勒测风法 212

7.3.2 随机信号相关测风法 213

7.4 大气湍流的遥感探测 214

7.4.1 后向散射法测量湍流 215

7.4.2 闪烁特性反演湍流 216

7.5 能见度的测量 218

7.5.1 能见度理论 219

7.5.2 能见度探测技术 220

7.6 云雾探测 222

7.6.1 云的宏观特征观测 223

7.6.2 云的生消过程观测 224

7.6.3 云的偏振特性探测 224

7.7 降水遥感 225

7.7.1 后向散射法测雨 226

7.7.2 闪烁法测量降雨强度与雨滴谱 226

参考文献 228