基于神经网络的非线性大气修正实现红外目标辐射测量

红外辐射测量技术是表征目标红外特征的重要手段,而大气修正是获得目标真实辐射的必要步骤。提出了一种提高远距离目标红外辐射测量精度的非线性大气修正（NLAC）方法。该方法利用近距离标准参考源测量（NRSRM）来计算实时环境中不同位置的实际大气透过率和程辐射。相应条件下的理论大气透过率和程辐射也可以从大气辐射传输软件中获得。应用神经网络技术对两者之间的非线性关系进行拟合。因此,可以预测远距离的大气透过率和程辐射,以实现大气修正。为了进行比较,还进行了简单的线性大气修正（LAC）与线性增强大气修正（LEAC）。实验结果表明,该方法的红外辐射测量平均误差为6.45%,远低于常规方法,线性大气修正方法和线性增强大气修正,分别为16.17%,11.27%和7.44%。     

基于实时标校的目标红外辐射测量新方法

目标红外辐射特性测量是目标特征获取和识别的重要手段之一,而大气透过率修正是大气中目标辐射测量必需的一个环节.在传统的辐射测量方法中,利用大气观测设备和大气辐射传输计算软件测量计算大气透过率及程辐射,不确定度在10～20%左右,而目标红外辐射反演精度在12～23%左右.为提高辐射反演精度,提出了一种新的辐射测量方法,利用...     

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。     

云遮挡对海上红外透过率影响分析

大气透过率是影响红外辐射传输的重要因素.由于基于海上实际气象参数的有关云对红外波段大气透过特性影响的研究还相对薄弱,因此海上红外透过率的计算不可避免地存在计算误差.构建了我国海上区域实际大气参数廓线,以海洋为下垫面,嵌入成熟、通用的大气辐射传输模型,还原真实大气环境中云遮挡对红外辐射传输的影响.研究发现,海上大气温度、...     

基于机载IRST系统的高超音速飞行器红外探测研究

针对高超音速飞行器不同于低速飞行器的红外辐射特性,提出了机载IRST系统红外探测高超音速飞行器的建模方法。重点利用高温边界层传热理论建立了高超音速飞行器蒙皮辐射特性模型,分析了排气系统和环境背景辐射特性,根据不同高度下大气层结构分布对红外辐射传输的影响,建立了大气斜程透过率模型,提高了透过率计算的准确性;考虑环境背景辐射的影响,给出了IRST系统对高超音速飞行器的作用距离模型。最后通过仿真实验分析了不同季节、高度和目标仰角下大气透过率特点,分析了不同仰角、速度和波段等因素下探测器对高超音速目标红外作用距离的影响,结论论证了所建模型的实效性。     

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.     

基于改进Elman神经网络的红外被动测距算法研究

为了满足现代战争的需求,对于空中目标的距离精确估计显得愈发重要,由于目标的红外辐射在大气传播过程中的衰减,目标在不同波长的辐射会随着传输距离的改变而发生变化,故不同的波长的辐射里包含了目标的距离信息。基于以上原理,本文利用美国空军大气传输软件Modtran生成空中目标在不同波段的大气透过率数据,利用经纬仪获得目标的天顶角,最后建立基于改进Elman神经网络的被动测距模型。仿真结果表明本文算法能够有效提高对于空中目标距离估计的精确性。     

基于参考源的空间目标红外辐射特性测量

地基测量是获取空间目标红外辐射特性的主要手段。地基测量由于大气影响,测量结果含有严重误差。利用由大气光学参数测量设备和辐射传输软件构成的大气同步修正系统,可以减小大气影响引入的误差。然而,由于典型大气模式和测量参数精度限制,经大气修正后的测量误差仍高于20%。提出一种基于红外标准星的辐射测量方法,使用与目标具有相近观测仰角的红外标准星作为参考源,准确获取空间目标观测光路上的透过率,分析了水汽、臭氧和观测仰角对透过率精度的影响。进行了红外星测量实验,利用文中方法测量的目标辐射误差为4.65%,明显优于传统方法的14.57%。结果说明文中方法能作为一种获取空间目标红外辐射的有效途径。     

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。     

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。     

水平方向上的大气透过率和热辐射计算模型研究

大气透过率和大气热辐射是影响目标本征辐射特性测量精度的重要因素。传统的空间目标辐射特性测量方法就是利用大气观测设备配合MODTRAN等软件或者利用红外恒星计算大气热辐射。然而，水平方向上的空气对流和复杂的地面状况会导致模式计算大气热辐射不确度增大，而火箭、导弹等目标发射起始段的红外特性测量有助于实现目标识别。因此，研究水平大气透过率和热辐射对于目标红外辐射特性测量具有十分重要的意义。针对以上问题，首先借鉴垂直廓线理论建立了同层大气“水平温度廓线”模型。然后推导了水平方向上的大气透过率和热辐射计算公式，并对其进行了实验验证。最后将大气热辐射的MODTRAN软件计算结果和实验测量结果进行了比较。结果表明，基于传统软件的热辐射计算精度为8.65% ，而本文方法的计算精度为4.91%。该实验说明这种算法在水平方向上是正确的。通过公式推导和实验验证说明了本文方法的合理性，为目标辐射特性测量过程中的水平大气透过率和热辐射计算提供了一种新的思路。     

水平方向上的大气透过率和热辐射计算模型研究

水平方向上的空气对流和复杂的地面状况会导致大气热辐射计算的不确定度增大，目标发射起始段的红外辐射特性测量有助于实现目标识别。因此，研究水平大气透过率和热辐射对目标的高精度红外辐射特性测量具有十分重要的意义。针对以上问题，首先借鉴垂直廓线理论建立了同层大气“水平温度廓线”模型，然后推导了水平方向计算大气透过率和热辐射的公式，并对其进行了实验验证。最后将MODTRAN软件计算和实验测量的大气热辐射结果进行了比较。实验结果表明，传统软件的热辐射计算精度为8.65% ，而本文方法的计算精度为4.91%。该实验说明，在水平方向上，这种算法是正确的。通过公式推导和实验验证说明了该方法的合理性，为水平方向大气透过率和热辐射的计算提供了一种新的思路。     

红外点目标探测系统的作用距离理论模型分析

系统性地分析了红外点目标探测系统的作用距离理论模型。通过建立大气分层模型,结合MODTRAN模型计算了中波红外光和长波红外光在典型大气条件下的透过率。两者计算结果的对比数据可为红外探测系统设计中的波段选择提供参考依据。通过对目标红外辐射强度的理论模型进行分析,计算了几种典型目标在不同波段的红外辐射强度,为系统作用距离的指标论证提供了支撑。从红外图像噪声的概率密度分布函数出发,推导出了图像信噪比与系统检测概率及虚警概率的理论公式,为检测门限设置提供了参考依据。红外点目标探测系统的作用距离理论模型分析结果对于提升红外探测系统作用距离指标论证的可信度和系统参数设计的合理性具有非常重要的理论支撑作用。     

基于FTIR的目标背景辐射测量方法研究

介绍了用FTIR光谱仪进行目标背景辐射测量的方法,通过黑体对系统的光谱响应进行标定,得出系统的仪器响应函数IRF。分析背景辐射和大气的衰减作用对目标红外辐射的影响。应用MODTRAN大气辐射传输软件计算大气辐射等相关参数,给出了大气透过率谱以及测量得到的大气背景辐射谱。     

基于光谱等分法估算复杂大气条件下红外成像系统的MRTD和作用距离

大气透过率是影响红外成像系统作用距离的重要因素。在大气传输过程中,红外辐射会受到大气分子的选择性吸收、散射以及复杂气象条件等的影响,这使得大气透过率成了一个复杂参量。用光谱等分法计算了大气透过率。首先利用MODTRAN软件计算一定距离时各谱线的大气透过率并建立数据库,然后按一定间隔等分光谱区域并调用数据库计算出各微小光谱区域内的大气透过率,最后将其代入模型用以计算红外系统的作用距离。与利用常数或者平均大气透过率的计算方法相比,该方法提高了计算结果的准确度。计算并分析了探测高度、湿度以及雾霾等复杂气象条件对红外成像系统MRTD和作用距离的影响。     

红外辐射大气透射率求解模型的建立与分析

红外辐射大气透射率对目标辐射的测量精度影响很大。分析了红外辐射在大气中的传输衰减,建立了红外辐射大气透射率的求解模型。利用编制的红外辐射大气透射率计算程序研究了特定辐射路径下的大气透射率在一日内的变化情况,对不同气象条件和辐射路径下的大气透射率进行了计算,研究了大气温度、相对湿度、路径起始高度、辐射路程、天顶角对大气透射率的影响,并对计算结果进行了分析。计算结果对精确计算红外辐射大气透射率和研究气象条件、路径几何参数对红外辐射大气透射率的影响具有一定的指导意义。     

微型化自由运行InGaAs/InP单光子探测器(特邀)

单光子探测器具有最高的光探测灵敏度,在激光雷达系统中使用单光子探测器可以极大提升系统的综合性能。近红外二区(1.0～1.7μm)激光具有大气透过率高、散射弱、太阳背景辐射弱等优势,是大气遥感、三维成像等激光雷达系统的理想工作波段。研制了一种基于InGaAs/InP负反馈雪崩光电二极管的微型化自由运行单光子探测器。该探测器长宽高为116 mm×107.5 mm×80 mm,在1.5μm最大探测效率超过35%,时间抖动(半高宽)低至80 ps。为满足激光雷达系统对光子飞行时间测量的需求,探测器内部集成时间数字转换(TDC)功能,时间精度100 ps。同时,探测器集成一套后脉冲修正及计数率修正算法,可以有效降低探测器所引起的雷达信号畸变。     

空间目标红外辐射测量系统标定技术

为实现对空间目标红外辐射进行定量测量,需要解决红外辐射测量系统的标定问题。针对常规标定方法对大口径红外辐射测量系统标定存在的不足,在对其测量原理分析的基础上,提出了一种内置黑体标定与天文恒星标定相结合的新方法。采用内置黑体作为标准辐射源对匹配镜组和探测器进行标定,采用恒星标准辐射源对大口径主光学系统透过率进行标定,并推导出了红外辐射测量系统整体的响应关系。试验验证表明,该方法与传统的全孔径标定方法相比,曲线斜率误差在4%以内,具有操作简单易行、标定系统的研制难度低、标定效率高等优点。     

通用大气辐射传输软件(CART)分子吸收和热辐射计算精度验证

为检验通用大气辐射传输软件CART分子吸收和热辐射的计算精度,利用精确的逐线积分法（LBLRTM）和广泛使用的中分辨率大气传输模式（MODTRAN4.0）,就CART软件计算的晴空大气分子吸收透过率和热辐射进行对比验证。模拟了水平距离、观测天顶角和观测点高度对光电工程各观测波段内平均大气透过率和积分辐射的影响特性。结果表明:CART软件分子吸收的计算精度优于MODTRAN4.0软件,大气热辐射的计算精度和MODTRAN4.0相当。