大气传输对激光主动夜视技术的影响

讨论了大气消光作用对目标信号的衰减和大气后向散射对目标对比度的影响情况,从实用角度论述了大气消光的计算方法,得出常用几种波长激光的大气透过率情况,并分析了激光主动夜视系统中大气后向散射对图像对比度的影响。     

基于成像对比度的微光装备侦察能力研究

针对现有的微光视距模型中变量参数多,难以适用实际复杂夜天环境中目标侦察能力预测的问题,本文根据Ross方程,大气光学传输和远距离侦察图像对比度模型,提出了采用标准靶对比度测试对特定目标侦察能力进行预测的方法,在特定夜天光环境下完成了标准靶对比度曲线测量,并基于最小可分辨对比度(minimum resolvable co...     

大气背景对红外目标探测的影响

针对大气背景是一个纵深背景而非一个平面,无法使用现有对比度计算公式计算的实际,基于红外焦平面探测器工作原理推导出了大气背景下探测器处辐射照度的对比度计算公式。通过对大气背景的红外辐射计算,并与报道的飞机红外辐射数据比较,应用对比度计算公式做分析可知:大气背景对探测的影响是必须考虑的;在3~5m大气窗口的大气背景辐射很小,选择3~5m大气窗口探测更容易发现目标;在8~12m大气窗口内10m附近的大气背景辐射较强,目标不易被探测。随着探测距离增加,探测器到无限远处的大气背景辐射亮度与探测器和目标之间的大气背景辐射亮度之差在减小,它会增大对比度,这是分析探测距离不可忽视的一个因素。     

基于物理模型的快速单幅图像去雾方法

在雾天环境下,获取的图像受到大气粒子散射的影响而导致对比度和能见度降低.针对该问题,提出了一种基于物理模型的单幅图像的快速去雾方法.该方法以大气散射模型为基础,引入暗原色先验规律求取全局大气光,利用双边滤波局部估计雾浓度,间接求取大气耗散函数,最终通过变换的大气散射模型恢复无雾图像.大量实验结果表明,该方法能够恢复出自然清晰的无雾图像,并能够较好地处理景深突变的边缘及远景处.此外,该算法在处理图像的运算时间上具有明显的优势,可满足图像实时处理要求.     

基于非视线红外激光大气散射通信技术研究

为了实现非视线激光大气散射通信,根据米氏散射理论,建立了非视线通信链路模型,研究了1.06m激光的大气散射通信技术,分析了激光接收功率、激光发射功率、激光发散角、接收视场、探测器灵敏度、发射机倾角、接收机倾角、大气衰减和通信距离的关系,并搭建了试验原理系统,进行了1km距离的散射通信试验,获得了激光散射信号。结果表明,在一定的天气条件下,采用波长为1.06m的红外激光进行信号传输,有望实现远距离的大气散射通信。     

激光大气散射离轴探测分析

利用Mie散射理论,通过数值计算得到了1.06 μm激光在低空大气中传输时的散射特性;不同尺度参数的粒子的散射光强分布相差极大,随着尺度参数的增加,散射光强越来越集中于前向;复折射率的变化对散射光强影响不大.通过对大气散射的辐照度理论分析和数值计算,得到大气散射的辐照度随离轴距离的增大而近似按反比规律下降的特征;同时,对不同能见度下的散射辐照度进行了数值计算,能见度的不同只影响散射强度的大小,而不影响散射强度的分布.不同散射点的散射光到达探测器所需的时间不同,延迟时间与离轴垂直距离和探测角呈简单的线性关系,这些特征为激光散射离轴探测提供了理论依据和参考.     

大气中激光散射信号的特征分析

利用米氏散射理论,对1.06μm脉冲激光在低空大气中传输时的辐照度的分布进行了理论分析和数值计算,得到了都市郊区大气模型条件下,不同离轴距离时辐照度随时间的变化曲线,并对其峰值位置随离轴距离的变化进行了数值分析。进一步的数值分析表明,脉冲激光在传输过程中出现最大辐照度的位置距出口的距离与离轴距离成反比关系。在分析散射信号时域特征的基础上,对利用该特征对激光光源的定向可行性进行了初步探讨,认为单个探测器难以实现对激光源的定向,因此提出了用多个散射探测器对激光源进行定向的方法。     

激光信号大气散射探测分析

有些应用场合需要利用大气气溶胶对激光的散射来探测激光。在都市郊区大气模型条件下,利用米氏散射理论,对1.06μm激光在低空大气中传输时散射辐照度的分布进行了理论分析和数值计算。得到激光大气散射辐照度随离轴距离的增大近似按反比规律缓慢下降、能见度仅影响散射强度的大小而不影响散射强度的分布等特征。这些特征在激光散射实验中得到了初步的验证,可为激光信号的散射探测提供理论依据和参考。     

基于自适应维纳滤波的单幅图像快速去雾算法

在雾霾天气中,摄像头拍摄图像的对比度和清晰度都会受天气影响而降低,针对这类问题,提出一种基于自适应维纳滤波的快速去雾算法。算法基于大气散射物理模型,通过软件阈值分割法估计全局大气光,利用自适应维纳滤波算法估计大气光模型。实验结果表明,该算法具有较高的处理效率,能够较好还原无雾图像和保持图像的边沿细节。     

采用暗态点光源模型的夜间去雾算法

针对夜间雾、霾场景下的去雾图像存在颜色失真、纹理损失、亮度低等缺陷,本文提出了一种采用暗态点光源模型的夜间去雾算法,通过构建夜间雾、霾场景的暗态点光源模型,利用联合双边滤波、限制对比度自适应直方图均衡化等算法对降质图像进行处理,结合大气散射模型得到去雾图像。实验结果表明,该算法的处理速度快、夜间去雾效果较好,较对比算法在对比度、平均梯度以及信息熵上均有一定程度地改善,有效解决了去雾图像的颜色失真、纹理损失、亮度低等缺陷。     

大气散射对合成孔径激光雷达回波信噪比的影响

回波信号功率是影响雷达探测分辨率的重要因素.结合大气散射对激光传输的影响,建立了波长为200～1200 nm的激光传输中大气散射衰减的数学模型,并埘该模型进行了仿真分析,得出激光大气传输过程中大气散射作用对激光衰减及其回波信噪比影响的规律.     

激光在沙尘暴中的衰减特性研究

复杂环境中激光传输和散射特性是目标与环境光散射特性研究的基础。主要讨论了激光信号在沙尘中的传输衰减特性。根据Mie理论研究了具有一定粒径分布沙尘粒子对于激光信号的单次散射衰减特性，给出了不同分层沙尘粒子的平均散射截面、粒子平均反照率、平均不对称因子和平均相函数。利用四通量法和蒙特卡罗法研究了激光在分层沙尘大气中的多重散射和斜程传输衰减特性，并给出它们与能见度及高度的变化关系。最后，在考虑多重散射时，分别用以上两种方法数值计算了1．06μm激光在斜程沙尘大气中的衰减率，并与单次散射结果进行了比较。结果表明，能见度较低时，不考虑多重散射效应会带来较大的误差；在斜程沙尘大气激光传输时，随分层数增加，数值结果就越精确。     

激光大气传输特性及其回波信号仿真研究

基于Rayleigh散射和Mie散射理论,利用已有的中光谱分辨率大气辐射传输模式(MODTRAN)数据及参考模式大气(RMA)数据资料,对355nm、2μm、10μm激光信号的散射、消光、透射等大气传输特性进行了仿真和比较。同时利用高斯函数分析了355nm波长处的Rayleigh和Mie回波信号光谱分布,并模拟了不同高度处的大气回波信号光谱。结果表明:与2μm、10μm相比,355nm波长的激光信号的散射特性较好;其在大气中传输时,衰减严重,适用于晴空大气;该波段的多普勒测风激光雷达接收到的回波信号在底层以Mie信号为主,高层以Rayleigh信号为主;综合考虑各种因素,选用355nm作为星载多普勒测风激光雷达的工作波长。     

基于MODTRAN的光波大气透射率模型设计

由于红外辐射等光波在地球大气中传输会受到大气吸收、散射等作用的影响,因此研究光波在大气中的传输特性成为了一项重要的课题。本文主要通过对可见光和红外波段光波在大气中传输机理的研究,建立透射率模型来反映大气对光波传输的衰减作用。通过仿真计算出各个波段的光波在大气中传输的衰减结果,并利用MODTRAN软件计算结果对透射率模型进行比较分析。研究结果表明：透射率模型和MODTRAN软件仿真所得光波的透射率都在40%~100%之间变化,且变化曲线趋势一致性较好。所得结果真实有效,对工程实际有一定的作用。     

低噪声单微粒散射光检测电路

针对单微粒散射光信号弱、脉宽窄的特性,设计了一种低噪声宽动态范围光电检测电路.首先对单微粒散射光脉冲检测原理进行了分析;然后根据散射光脉冲信号特征对检测电路进行了设计;最后搭建了实验系统并对检测方法性能指标进行了评估.实验结果表明:设计的电路带宽为1.5 kHz～1.2 MHz,总输出噪声的均方根值为3.51 mV,计算结果与实验结果基本一致,误差为3.33％.该光电检测电路能够有效地对微弱的散射光信号实现低噪声放大,为后续处理提供了稳定的信号.     

轻霾天气下大气多次散射对激光通信的影响

为了了解多次散射对轻霾天气下大气激光通信的影响程度,建立了轻霾天气下大气多次散射的模型,并进行了分析,从理论上证明了在轻霾天气下前向散射对光接收的影响可以忽略。这为设计大气激光通信光收发系统提供了理论依据。     

海盐颗粒物光散射特性的理论和实验研究

以海洋区域大气中主要的无机盐颗粒物NaNO_3和NaCl为例,研究大气中α-蒎唏与O_3光化学反应生成的低挥发性二次气溶胶(SOA)包覆无机盐颗粒物后,对其光散射性质的影响。采用TSI 3563积分浊度仪测量包覆前后的气溶胶颗粒物对450 nm,550 nm和700 nm光的散射能力,同时采用经典的Mie核-壳双层结构光散射理论预测光散射系数。研究结果表明,当SOA包覆层的厚度相对于无机盐颗粒物的直径非常小时,采用Mie核-壳理论模型能够很好地预测有机包覆层对核光散射性质的影响。当无机盐颗粒物的直径一定、有机物的相对含量增加时,光散射能力将会降低,相对于纯的盐颗粒物,这将减轻它们对能见度的影响,但是也会抵消由于温室气体引起的对流层变暖。     

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。