蒙皮反射的背景辐射对亚声速飞机红外特征的影响研究(二): 应用

采用典型背景下的飞行器红外辐射特征计算模型, 研究了蒙皮反射太阳、大气和地面等背景辐射对亚声速飞机总的红外特征的影响。计算分析了背景辐射对降低发射率的红外抑制效果的影响。结果表明: 太阳辐射对飞机前向探测区域3~5 m波段的红外辐射强度影响最大, 大气和地面辐射对飞机前向和侧向探测区域8~14 m波段的红外辐射影响更明显;探测方位、季节不同, 影响程度也不同;蒙皮反射的背景红外辐射使得降低发射率措施的红外抑制效果降低甚至失效。     

基于双波段的目标红外辐射特征分析

文中根据红外警戒系统的需要,深入研究了海空复杂背景下点目标的红外特征,建立了比较完整的目标红外辐射特征模型。根据不同的气象条件、不同海域背景,计算分析了环境对红外辐射两个大气窗口,即3～5um和8～12um的双波段大气透过率的影响,并给出了相应结论。     

三波段大气传输红外偏振特性对比分析

偏振成像系统利用目标和背景偏振度上的差异,有效地提高了人造或伪装目标的探测识别效率。但红外目标的偏振传输是一个复杂的过程,受大气的影响较大,因此,有必要对不同目标的偏振特性和其影响因素以及大气作用的影响（包括大气吸收、辐射及悬浮粒子散射等）进行研究。进一步推导了红外偏振辐射控制方程;基于对目标和背景偏振特性的先验知识,利用大气传输计算软件MODTRAN对3个典型红外波段的大气吸收及程辐射进行计算;并对大气传输后的目标辐射偏振度对比度和强度对比度进行仿真。结果表明:在短波红外波段,目标的反射成分占主导地位;在中波红外波段,目标的自发辐射和反射均不可忽略;在长波红外波段,目标的辐射占主导地位,利用偏振成像效果优于强度成像。结果与理论分析基本一致。研究内容为红外波段目标的探测方式选择提供了参考依据。     

星载红外探测对比度的计算与分析

推导了星载红外探测在地面、大气双背景下探测器处的辐射照度对比度计算公式,计算了目标在不同温度、不同高度的目标与背景的绝对对比度和相对对比度。分析指出:随着目标温度、高度增加,在波长大于2.5 m 区域绝对对比度与相对对比度相应增大,目标高度越高,同等距离下对比度随目标高度的变化越小;波长小于2.5 m 需考虑太阳的影响;当目标在0 km 高度时,2.9~4.1 m 波段为最佳探测波段,随着目标高度的增加,可用探测波段范围增大,峰值波长向短波方向微移,当目标高度大于10 km 时,相对对比度峰值在2.6~2.8 m 之间;距离地面越近,大气对红外辐射的衰减越大。     

中波红外隐身目标光谱探测的谱带选择方法

针对采用各种隐身技术的红外目标与周围背景之间的辐射差异不明显,导致探测困难这一问题,利用目标和背景在窄波带内的辐射特征具有较大差异这一特性,建立了基于红外光谱探测的谱带内红外辐射对比度的研究。通过对红外辐射相对对比度以及绝对对比度的分析,综合大气条件在整个传输过程中的影响,结合理论计算以及实验分析确定出用于红外隐身目标探测的最优谱带为2.86～3.30m和4.17～4.55m两个窄波带。实验结果表明:在所选取的用于谱带探测的窄波带能够很好的消除背景红外辐射的影响,以此突出目标辐射,具有良好的可探测性。     

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。     

临近空间对地探测目标与背景红外特性研究

红外辐射特性是红外探测系统进行目标识别的主要依据。基于辐射传输原理,面向临近空间对地探测目标与背景的红外特性进行研究。利用全球大气廓线反映全球大气状况先验知识,设计了一套临近空间对地探测红外特性研究的辐射传输仿真方案。利用MODTRAN模型进行仿真,量化临近空间对地探测目标与背景的红外特性差异,分析传感器最优透过率波段以及红外辐射特性的影响因素。结果表明,大气透过率以及目标与背景的红外辐射差异随着临近空间传感器高度的增加而减小,且与大气状况密切相关;得出了传感器在3~14 μm范围内的最优透过率波段;季节、大气能见度与传感器观测角度对目标与背景的亮温差异造成的影响不可忽略。     

导弹目标短波红外探测模型研究

随着红外技术的发展,导弹红外探测技术的研究及应用进度也在加快。基于导弹目标的辐射特性,对其短波红外探测技术进行了研究,给出了导弹目标在短波波段的辐射模型以及从信噪比出发的探测模型;针对某特定红外热成像系统进行了短波红外探测的计算机仿真,仿真结果验证了探测模型的正确性。     

凝视型地球辐射探测仪的辐射标定技术研究

凝视型地球辐射探测仪是我国的新型空间应用遥感仪器,仪器具有全波探测通道和短波探测通道,采用腔体探测器,对地凝视观测,视场覆盖地表边缘,用于从空间的低轨道卫星平台测量地球辐射出射总量,提供地球辐射收支信息.作为定量化应用的遥感仪器,对仪器提出了高精度的定标需求,本文结合仪器的设计特点,提出了使用辐射标准传递方法,先用黑体标定凝视型地球辐射探测仪全波腔体探测通道,继而用全波通道标定积分球,再用标定好的积分球对凝视型地球辐射探测仪短波探测通道进行标定的办法,提高了短波探测通道的辐射标定精度.     

地面目标与背景的红外辐射对比度特性

红外系统对处于地面背景中的目标探测,很大程度上取决于目标本身与周围背景之间的红外辐射特征差异,即两者之间的辐射对比度。简要讨论了辐射对比度与目标发射率及目标背景温差的关系。分析了影响地面建筑物及水泥地面温度的各种因素,建立了基于一维有限差分法的计算温度的模型并利用MATLAB得以实现。计算了目标与背景在8~14 ?滋m波段上的红外辐射对比度。结果表明在不同情况下同一目标与背景的红外辐射对比度变化较大,不同方位墙面与背景的对比度具有不同的变化趋势。     

大气流场传输效应对探测系统性能的影响

分析了目标与背景的红外辐射特性,建立了目标与背景辐射温差传递数学模型,研究了大气对红外辐射传输的影响,分别考察了水蒸气、二氧化碳的吸收和大气散射对红外辐射传输的影响;计算了探测系统的主要性能评价参数:调制传递函数、最小可分辨温差和视距,并通过仿真得到了探测系统对目标所成的失真目标图像。研究结果表明,大气流场传输效应会使得探测系统对目标的成像发生像模糊,导致目标与背景之间的对比度下降。     

复杂海洋环境中弱小目标的红外辐射特性研究及图像仿真

弱小目标检测是当今研究的热点问题之一.分析目标背景的红外特性,进行红外仿真,可作为弱小目标检测算法的研究基础并为目标检测算法研究构造仿真平台.本文在建立弱小目标热模型的基础上,考虑了海面背景的辐射模型以及红外辐射的大气吸收模型,进而计算出弱小目标的红外辐射及大气衰减量,最终可获得经过大气衰减的弱小目标红外仿真图像,取得了较好的效果.     

弹道导弹中段红外辐射特性数学建模与仿真

针对TBM中段的弹道特性,根据热平衡理论建立了TBM在中段的温度计算模型,然后根据普朗克定律建立了目标红外辐射计算模型;在红外辐射的大气传输理论基础上,综合考虑大气吸收、散射及气象条件等各种因素,分析了大气衰减对红外辐射的影响建立了大气透过率的计算模型,得到了大气衰减作用下的目标辐射模型;最后,在假定的仿真条件下,利用模型计算了两种波段下目标红外辐射强度、大气光谱透过率以及经过大气衰减后的红外辐射强度,并对计算结果进行了分析,结果表明,这是一种计算TBM中段红外辐射的有效方法.     

基于大气程辐射比例修正的红外辐射特性测量

大气程辐射是影响目标红外辐射特性测量精度的重要因素之一。本文利用大气程辐射修正因子修正大气程辐射值以提高其测量精度。首先,给出目标红外辐射特性测量模型,然后,提出利用大气程辐射修正因子的目标红外辐射特性测量方法。该方法将一定距离下实际测量的大气程辐射和MODTRAN计算的大气程辐射之比定义为大气程辐射修正因子,最后利用该修正因子对其他距离的MODTRAN计算的大气程辐射进行修正并进行目标的辐射反演,获得目标辐射特性。本文利用中波红外摄像机和小面源黑体开展目标红外辐射特性测量实验。实验结果表明,本文方法较传统方法可以在一定程度上提高目标辐射特性测量精度,将精度提高2%左右。     

中波红外和长波红外探测系统性能的比较与选择

针对常用的各种中波和长波红外探测系统,从探测器特性、目标辐射特性、背景辐射特性、大气传输特性和红外系统设计等方面,分析、计算和比较了中波红外和长波红外探测系统的有关性能,提供了有实用价值的数据。根据不同的探测目标和使用环境,为红外探测系统的设计提出了波段选择的建议。     

热红外遥感中大气透过率的研究(一):大气透过率模式的构建

大气透过率是热红外遥感中的一个重要参数。通过辐射传输模型MODTRAN模拟热红外波段的大气透过率,构建了基于大气模型、气溶胶模型、水汽量、能见度和观测天顶角等5个因素的大气透过率查找表,分析了不同参数对热红外大气透过率光谱曲线的影响,通过方差分析确定了影响大气透过率的关键因子,针对不同类型的气溶胶模型,构建了基于水汽量、能见度和观测天顶角的常用卫星传感器热红外通道的大气透过率经验模式,解决了卫星热红外遥感中大气透过率精确计算的问题。     

舰载红外成像探测跟踪系统仿真研究

仿真研究由目标、背景、大气传输和传感器四部分组成．在对目标辐射度的分析中,研究目标温度和发射率的计算方法．计算背景辐射时,重点考虑了海水本身的热辐射特性,并将天空背景的辐射等价于探测器路径上的大气辐射．对大气中的传输研究采用了LOWTRAN模型．仿真中考虑了传感器的影响,包括光学系统和红外探测器．在动态图像生成过程中,采用了多媒体定时器实现了仿真的实时性．仿真的结果可以减少外场试验的次数,从而节省大量试验费用．     

多波长激光的大气消光系数相关性及实时反演计算研究

利用Mie散射理论并结合激光多点断层测量技术,得到了不同波长消光系数之间的相关关系.使用自主研制的激光遥感式后向散射能见度测量仪,利用实测数据得到了波长为1.06μm激光的大气消光系数,进而利用不同波长消光系数间的相关关系实时反演计算了波长为0.532μm、0.86μm、1.57μm和3.47μm激光的大气消光系数,并与实测波长为0.532μm的大气消光系数进行了比对,结果表明可以使用大气消光系数相关性实时反演计算红外辐射大气传输并建立红外辐射实时大气传输修正模型.