全文阅读精要

1. 研究背景与目的：

• 研究背景：无线光通信（WOC）系统性能受大气扰动影响显著，特别是在雨、雾、沙尘暴等条件下。

• 研究目的：探究雨滴末速度对WOC系统中散射光频谱的影响。

2. 研究方法：

• 模型应用：采用米散射模型分析雨中散射光的衰减情况。

• 理论计算：求解雨滴末速度起伏的相关函数，应用维纳-辛钦定理计算散射光功率谱。

• 创新性方法：提出将M-P分布与多种雨滴速度模型结合的方法，揭示雨滴末速度对接收光强频谱的影响。

3. 雨滴速度对散射光的影响：

• 雨滴散射示意图：描述了雨滴引起的光散射过程。

• Mie散射理论：用于计算球形粒子对电磁波的散射，考虑了粒子尺寸、形状、折射率等因素。

• 散射截面计算：计算了雨滴直径与散射截面、消光截面的关系。

4. 雨滴谱和末速度模型：

• M-P分布：描述雨滴直径与雨滴数量之间的关系，用于模拟降雨过程中的雨滴尺寸分布。

• 雨滴末速度模型：采用北京、西安两地的实测拟合模型，与Battan模型、Kinzer & Gunn模型进行对比。

5. 光强频谱仿真：

• 仿真公式：通过公式计算不同雨滴末速度在M-P分布下的接收光强频谱。

• 仿真结果：降雨率增加导致光强频谱衰减增大，但频谱形状基本不变；532 nm波长信标光衰减比1550 nm波长信号光多1 dB。

6. 频谱特性分析：

• 频谱变化：随着降雨率的增加，光强频谱逐渐衰减，频谱衰落速度随光强信号频率升高而加快。

• 波长影响：低频段绿光衰减幅度小于红外光，高频段红外光衰减更低，适合无线光宽带通信。

7. 雨滴末速度模型对比：

• 模型差异：不同雨滴末速度模型对频谱形状的影响不同，幂函数模型频谱函数在各频段保持类似变化规律，而负指数函数模型在高频处逐渐背离其他模型。

• 光强变化：信号接收光强随降雨率增大先增后降，532 nm信标光衰减约比1550 nm信号光大1 dB。

8. 研究结论：

• 重要发现：雨滴末速度是影响WOC系统接收光强频谱特性的重要因素之一，快速雨滴主要影响频谱中的高频部分。

• 系统挑战：WOC系统需具备对信道特性的实时估计能力，以应对如降雨等散射信道环境对系统性能的影响。

9. 实际应用：

• 信道设计：研究结果对高速WOC系统的设计提出了新的挑战和要求，需要考虑信道中多普勒效应的普遍存在。

• 天气影响：不同类型的降雨乃至不同地区的降雨对WOC系统的影响各不相同，需根据实际情况进行设计优化。

10. 研究背景与意义：

• 研究背景：大气扰动对WOC系统性能影响显著，尤其是降雨条件下的散射光影响。

• 研究意义：通过深入研究雨滴末速度对散射光频谱的影响，为WOC系统的设计和优化提供了理论依据和技术支持。