多次散射影响下激光大气透射仪测量误差研究

针对多次散射影响激光大气透射仪的测量精度问 题,提出了不同能见度条件下的激光大气透射仪受 基线长度、接收机视场角以及多次散射影响的误差分析模型。首先,通过Monte Carlo 法和 Bouguer-Lamber 定律计算了消除和未消除多次散射的大气透过率;其次,根据仿真结果,对不同能见度条 件下多次散射 影响程度进行分析;最后,结合可变基线与可变接收机视场角的透射仪工作原理,给出能见 度误差分析模 型。结果表明,应用激光大气透射仪进行能见度测量时,能见度越低,多次散射对测量精度 的影响越严重, 选取适当的基线长度和接收机视场角对减小多次散射引起的测量误差有重要意义。     

雾天环境中激光传输的衰减特性研究

根据辐射雾和平流雾中含水量和能见度的经验关系,分析了雾天气对激光大气传输衰减的计算公式,并对三种常用的雾衰减经验模型进行Matlab数值仿真,得出了激光衰减系数和雾天气能见度的关系。最后,针对三种半经验模型所存在的缺陷,通过Mie散射理论提出了一种包含测量距离、接收器视场角等信息的新的经验公式。     

前向散射型能见度仪的研制

前向散射能见度仪测量前向散射光强度，确定大气的消光系数，进而获得大气的能见度值。基于上述原理，考虑雾天大气散射特性，研制了一台前向散射能见度仪样机。通过样机室外雾天散射光强测量值与实地能见度值的比较，给出之间的修正计算公式。样机还在外场与国外同类仪器进行了实测数据对比实验。     

雾天环境下激光传输的衰减特性研究

激光在大气中传输时容易受天气的影响,因为雨、雪、雾等恶劣天气对激光有严重的衰减作用,会使通信的稳定性变差.因此分析激光在不同天气条件下的传输效应和衰减特性非常有必要.本文根据辐射雾和平流雾中含水量和能见度的经验关系,分析了雾天气对激光大气传输衰减的计算公式,并对三种常用的雾衰减经验模型进行了Matlab数值仿真,得出了激光衰减系数和雾天气能见度的关系.     

雾和气溶胶的光学特性对前向散射和总散射能见度仪性能的影响

建立了完整的散射式能见度仪（SVM）探测方程,搜集整理了典型天气条件下雾和气溶胶的观测资料,在此基础上,运用米散射理论计算并分析了雾和气溶胶的光散射特性及其对前向散射能见度仪（FSVM）和总散射能见度仪（TSVM）探测性能的影响。结果表明:大气散射特性显著影响SVM 的探测误差,且FSVM 受影响程度超过TSVM;雾天气下FSVM 与TSVM 的探测误差基本相当,而气溶胶天气下FSVM 探测误差比TSVM 约大6%;相同天气条件下,TSVM 接收的光通量约为FSVM 的7倍,但TSVM 泄露的散射光仍不能忽略,否则将导致较大的系统误差;若不计光通量测量误差,雾天气下FSVM 与TSVM 的探测误差分别为4.06%、5.54%,气溶胶天气下分别为35.80%、30.33%。所得结果可为SVM 的光路设计、误差分析和比对试验等提供支持。     

前向散射型能见度仪的研制

前向散射能见度仪测量前向散射光强度,确定大气的消光系数,进而获得大气的能见度值。基于上述原理,考虑雾天大气散射特性,研制了一台前向散射能见度仪样机。通过样机室外雾天散射光强测量值与实地能见度值的比较,给出之间的修正计算公式。样机还在外场与国外同类仪器进行了实测数据对比实验。     

对流层气溶胶和水汽的车载激光雷达系统的探测

利用研制的一套具备昼夜测量能力的新型车载大气探测激光雷达系统为试验工程和环境监测提供应用研究。该激光雷达系统由水平测量模块和垂直测量模块构成,可通过接收激光与大气中气溶胶粒子、水汽分子、氮气分子作用的米散射和拉曼散射信号,反演大气水平能见度、垂直的气溶胶消光系数和水汽混合比。并可实现昼夜连续观测,实际测量结果与对比实验表明,大气水平能见度的测量误差小于10%, 6 km以下垂直大气气溶胶的测量误差小于10%,水汽的测量误差最大不超过20%,能够满足大气参数测量的实际需求。     

考虑多次散射影响的斜程能见度反演方法研究

提出了一种在低能见度天气条件下考虑多次散射影响时激光雷达反演斜程能见度的组合算法。首先,根据Koschmieder定律构建能见度方程,确定斜程能见度与大气光学厚度的依赖关系;其次,根据多次散射激光雷达方程采用双仰角法反演大气光学厚度,并采用半解析Monte Carlo法计算多次散射对单次散射比值;最后,求出考虑多次散射影响时的斜程能见度。使用地基激光雷达垂直探测进行斜程分解的回波信号数据,进行了实验验证。结果表明,在能见度小于1km时,考虑与未考虑多次散射影响的斜程能见度相对误差达9%,并且随着能见度的降低,多次散射对单次散射比值逐渐增大,多次散射作用增强。因此,研究低能见度天气条件下,多次散射的影响是非常必要的。     

雾中红外辐射传输衰减特性分析

研究雾中红外辐射衰减特性,有助于提高武器装备雾天条件下的红外对抗能力。基于大气辐射传输软件(CART)、Beer-Lambert定律、Mie散射理论和雾滴谱分布函数,计算雾滴粒子群红外辐射透过率,对红外辐射在平流雾和辐射雾中的传输衰减特性进行研究。以近红外辐射1. 064μm、中红外辐射3. 8μm和远红外辐射10. 6μm在轻雾条件下为例,结合3个地区实测数据,分析了能见度、传输距离、入射光波长和晴朗大气透过率计算值对平流雾和辐射雾总透过率的影响。结果显示在轻雾条件下,辐射雾衰减小于平流雾衰减,远红外辐射10. 6μm具有很好的传输性能,地区气象参数不同对其有显著影响。     

大气多次散射效应对星载激光测高仪测距偏差值的影响

大气多次散射效应会使得星载激光测高仪脉冲回波信号发生拖尾现象,导致激光测高仪的测距值出现偏差。根据激光测高仪的工作原理并利用半解析型蒙特卡罗方法,建立了大气多次散射效应条件下的脉冲回波信号及距离偏差的数学模型,并基于GLAS系统参数,仿真分析了云和雾的多次散射效应对距离偏差值的影响规律。结果表明,随着大气参数的变化,距离偏差会呈现不规则的起伏变化。当云层粒子尺度大于150μm或雾的消光系数小于1.68 km-1时,大气多次散射效应对测距偏差值的影响小于1 cm。所得的结论为星载激光测高仪测量天气的选取以及系统参数的优化提供了理论依据。     

基于激光雷达观测数据的无线光通信系统性能研究

在分析大气衰减效应对无线光(FSO)通信性能影响 时,获取及时准确的能见度数据是关键。首先,分析了 目前获取能见度方法的不足之处,提出由激光雷达(LADAR)反演得到的数据可以更好地满足 FSO通信性能分析的 需求;其次,在介绍了利用LADAR观测数据反演水平能见度方法的基础上,以烟台1月18日典型天气为 例,获取了全天的能见度数据,并结合80%的相对湿度阈值对雾霾的转化过程进行分析 ;最后,结合 实测数据,通过设置适当的通信系统参数,对该日天气条件下的误码率(BE R)进行了实时分析,并得出雾比霾更 容易引起通信系统性能的降低。本文所得结论,将为建立实际的FSO通信链路提供 指导。     

雾对10.6μm红外辐射的衰减特性研究

基于gamma雾滴尺寸分布模型及辐射雾和平流雾含水量与能见度的经验关系,计算并回归得到了平流雾和辐射雾对10.6μm红外辐射的衰减与含水量和能见度的关系,其对浓辐射雾得到的雾衰减与含水量的线性关系与文献所给实验结果和半经验公式均有很好的一致性.最后对雾的红外衰减和可见光衰减进行了比较,结果表明浓平流雾对10.6μm红外辐射的雾衰减大于可见光的雾衰减.     

A joint cumulative distribution function and gradient fusion based method for dehazing of long shot hazy images

Hazy or foggy weather conditions significantly degrade the visual quality of an image in an outdoor environment. It also changes the color and reduces the contrast of an image. This paper introduces a novel single image dehazing technique to restore a hazy image without considering the physical model of haze formation. In order to find haze-free image, the proposed method does not require the transmission map and its costly refinement process. Since haze effect is dependent on the depth, it severely degrades the visibility of the objects located at a far distance. The objects close to the camera are unaffected. In this paper, we propose a fusion-based haze removal method based on the joint cumulative distribution function (JCDF) that treats faraway haze and nearby haze separately. The output images after the JCDF module, fused in the gradient domain to produce a haze-free image. The proposed method not only significantly enhances visibility but also preserves texture details. The proposed method is experimented and evaluated on a large set of challenging hazy images (large scene depth, night time, dense fog, etc.). Both qualitative and quantitative measures show that the performance of the proposed method is better than the state-of-the-art dehazing techniques.     

Visibility restoration of single image captured in dust and haze weather conditions

Multidimensional Systems and Signal Processing - Inclement weather existence of fog, haze, and dust generally degrades the visibility of outdoor images. Bad visibility may cause failure in computer...     

发光目标物团雾视频数值分析

高速公路水平能见度视频图像监测技术正取得快速发展, 已成为团雾天气监测、预警的重要手段之一。为有 效预防公路团雾交通事故发生, 参照高速公路团雾定义和预警等级的规定, 基于公路团雾多发路段视频和能见度资 料, 统计分析了路面固定距离的发光目标物在团雾和非团雾不同能见度环境下的图像光亮度参数, 探究了团雾路段 不同距离处发光体亮度数值与水平能见度数值相关变化关系。进而基于团雾路段视频特征图像区域的亮度参数变化 与水平能见度的相关性分析, 给出利用数值分析结果测算水平能见度的可行方法, 为建立高速公路团雾预警模型提 供思路和实现途径。研究结果表明： (1) 通过视频图像的不同区域亮度变化进行能见度监测具有科学性、创新性、可行 性, 可实现24 h 不间断监测预警。(2) 引入发光目标物光亮度和环境光亮度的对比分析, 可以解决一天中不同时间段 图像光亮度变化较大的问题。(3) 通过对固定距离发光目标物的监测来实现公路团雾的监测, 可解决团雾水平尺度难 以直接仪器监测的难题。(4) 发光目标物视频团雾监测方法的监测结果可与互联网、地理信息系统、导航信息系统结 合, 从而实现快速、准确发布预警, 减少交通事故的目的。     

基于粒子偏振特性的雾霾区分算法研究

雾、霾粒子的组成成分不同,雾滴具有大粒子特性,霾的成分复杂,小粒子居多。偏振观测对小粒子具有很强的敏感性,基于该特性利用矢量辐射传输模型(Vector linearized discrete ordinate radiative transfer, VLIDORT) 计算雾粒子和霾粒子的偏振辐射特性,模拟结果经公式计算可得到雾、霾粒子的偏振反射率。模拟结果表明: 在散射角125$^\circ\sim150^\circ$范围内,雾粒子和霾粒子的偏振反射率随散射角分布有明显不同的变化趋势。利用该偏振辐射特性结合雾霾粒子的辐射特性,基于2008年3月11日的多角度偏振成像观测的卫星载荷 (Polarization and directionality of the earth's reflectances, POLDER)数据对雾和霾进行区分。将区分结果与中分辨率成像光谱仪(Moderate-resolution imaging spectroradiometer, MODIS)图像及地面站观测资料进行对比,验证了算法的有效性。这对高分五号大气气溶胶多角度偏振探测仪(Directional polarimetric camera, DPC) 遥感数据的应用具有重要的参考价值和科学意义。     

一种浓度可控雾霾环境仿真系统设计与实现

雾霾环境是影响光电系统作战效能的重要因素。外场环境下雾霾条件不可控,难以满足光电系统雾霾条件下性能测试重复性要求。设计并实现了一种浓度可控雾霾环境仿真系统,可生成水雾、尘雾、烟雾等不同种类雾霾,采用浓度百分比控制方法,实现了薄雾、中雾、浓雾等不同浓度雾霾的定量化控制。实验表明:该仿真系统可生成能见度50¹ 000 m的雾霾,能模拟大气透过率为0.351 000 m的雾霾,能模拟大气透过率为0.35¹自然雾霾环境。在此创新地采用内外场环境等效模型方法,实现了内外场不同雾霾粒子大小对光电系统影响效果的等效,在内场实现了可控的定量化雾霾环境。     

霾天气气溶胶谱分布特征分析

霾天气是一种常见的天气现象,它严重影响大气能见度和大气光传输。为了研究霾气溶胶的特性,利用粒子计数器对不同地区霾天气气溶胶实际测量结果使用Junge谱和对数正态谱对霾气溶胶粒子谱进行拟合,得到不同地区霾气溶胶粒子谱分布的特征,最后还分析了霾天气过程中气溶胶粒子大小随相对湿度的变化规律。