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摘要相对于早期的水下声呐探测，激光探测具有无与伦比的优势。使用穿透能力强的蓝、绿激光代替声波进行水下目标探测，具有高精度、高效率的特点，因此，水下激光探测技术成为探测水下形貌和水下目标的重要遥测遥感方法，得到了很大的发展。蒙特卡洛模拟作为一种模拟方法，可以针对不同情况通过大量模拟来近似得出真实结果，相比理论研究可以避免设计模型时的缺陷，相比实验研究可以减少工作量，是十分有效且流行的方法。25913
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本文通过蒙特卡罗方法模拟光子在海水中的传播过程，绘制光子在海水中传播的路径图，研究分析了水质参数及其他参数对光子传播空间及时间特性的影响。
关键词 水下激光探测 蒙特卡罗 光子传播 MATLAB
毕业设计说明书外文摘要
Title Monte Carlo simulation of the laser detection for underwater target
Abstract
Comparing to the early underwater sonar detection，the technology of underwater
target laser detection has unparalleled advantages.Using blue or green laser which has great penetration ability instead of sonic wave to detect underwater target,
has better advantages in accuracy and efficiency.Therefore,underwater laser detection technology became an important remote probing and sensing method for detecting underwater environment and targets,and got huge developments.Monte Carlo simulation,as a simulation method,can obtain approximate true results by mass simulation aiming at different situations.Comparing to theory research it can avoid drawbacks during model design,and reduce work comparing to experiment
research,which makes it an effective and popular method.
This article simulates the propagation of photons in sea water with Monte Carlo method,maps the trajectory of the propagation of photons in the sea water and analyzes the influence of water or other parameters for spatial and time features during the propagation.
Keywords underwater laser detection Monte Carlo photon propagation MATLAB
目 次
1 引言1
1.1 激光水下探测的研究背景1
1.2 激光水下探测的研究方法1 1.3 国内外研究状况2
1.4 本章总结2
2 蒙特卡罗方法3
2.1 蒙特卡罗方法的原理 3
2.2 用蒙特卡罗方法模拟光子在海水中的传播 5
2.3 本章总结5
3 MATLAB模拟光子传播过程 6
3.1 光子初始化6
3.2 光子在海水中的传播7
3.3 光子与目标的碰撞8
3.4 光子终止 9
3.5 本章总结9
4 模拟结果与分析 10
4.1 光子传播路径的模拟图 10
4.2 光子最终位置的模拟图 10
4.3 海水介质中散射光的空间特性 11
4.4 海水介质中散射光的时间特性 14
4.5 水下目标可探测深度影响因素分析 15
4.6 本章总结16
结论 17
致谢 18
参考文献19
附录A MATLAB程序 21
1 引言
1.1 激光水下探测的研究背景
声纳技术是水下目标探测的传统技术，是最早被采用也是目前比较成熟的水下探测技术。但是声纳探测本身存在一些无法避免的缺点，如容易暴露己方位置，容易受背景噪声干扰等。水下激光探测技术利用对海水穿透能力很强的蓝、绿激光代替声波进行探测，是一种全新的水下目标探测技术。激光系统相对于声纳系统有着探测精度高、探测效率高、不受海水温度和盐度影响等优势，近些年来取得了很大的发展。1963年,S.Q.Duntley及G.D.Gilbert等人在研究光在海水中的传播特性时，发现了类似于大气中存在的透光窗口，在此窗口内，海水对470nm-580nm波段内蓝绿光的衰减比对其他光波段的衰减要小很多[1]。这一重要发现激起了人们试图利用蓝、绿光探测水下目标的欲望。随后的一些研究，表明了利用蓝绿激光探测水下目标的可行性。激光水下探测系统在许多方面都优于声纳探测系统，但其不足之处也影响了它的发展。对于海洋激光雷达来说，海水中介质对光子强烈的散射和吸收作用是限制其发展的技术瓶颈。由于激光波长与海水及海水中悬浮颗粒和有机物分子的尺寸相当，海水对激光的散射远远比对声波的散射严重，是除吸收外造成光子能量衰减的主要原因。正是由于海水对激光强烈的散射和吸收作用，极大影响了激光水下探测系统的作用距离和探测性能。因此，对光在海水中的传播特性的研究就显得尤为重要[2]。