李明柱[1]1999年在《目标对复杂背景光谱辐射的反射和散射特性研究》文中研究表明目标对复杂背景光谱辐射的反射和散射特性研究是国防预研项目“典型军用目标红外特性采集与建模”与“目标激光散射特性”的部分工作。这些特性的研究为隐身与反隐身技术，红外光学制导，引信技术，系统仿真技术，目标特征的提取及识别技术等方面提供技术依据，对国防现代化和国民经济的发展具有重要意义。 本文主要研究目标在海天背景下光谱辐射的反射和散射特性。其主要工作包括以下几个方面：1、在粗糙表面散射的理论研究中，利用微扰法计算了目标材料粗糙面元单双站散射 截面，并与实验结果进行了比较。2、通过研究曲线与曲面理论，利用给定的型值点反算控制顶点，构建了复杂目标 （F16）的几何模型；并利用面无法对目标进行了双站消隐处理。3、利用SGI公司提供的OpenGL三维图形标准和NURBS曲面理论重构了目标的几 何模型，并结合三维图形加速卡实现了硬件自动消隐技术，利用图形电磁学理论 计算了目标的RCS等物理参量。4、借助国际标准的海谱模型JONSWAP计算了海面的斜率，并由此计算出了在某一 谱段和气象条件下的海面辐射值；推导了在各种条件下太阳天顶角、方位角计 算公式，给出了数值结果；利用LOWTRAN7软件计算了光谱大气透过率和在目 标高度上阳光、天地背景辐射强度（或照度）的空间分布和谱分布。5、研制了复杂目标（F16等）红外辐射的反射和散射计算软件包1.0版本，该软件 具有良好的计算结果和人机交互界面；计算了目标在一定气象条件下对太阳、天 地背景红外辐射的反射和散射强度空间分布和谱分布，并对结果进行了合成。
刘安安[2]2002年在《目标与环境光散射辐射特性与应用研究》文中进行了进一步梳理本文主要研究目标与环境的光散射辐射问题。以粗糙面电磁散射和辐射理论为基础，讨论了目标激光雷达散射截面(LRCS)和双向反射分布函数(BRDF)之间的关系；利用Lowtran7大气传输模型计算了光波大气斜程衰减和阳光、天地背景辐射，讨论了湍流大气对光波传输的影响；分析了不同环境条件下目标对复杂背景辐射的光散射的特性；编制了“激光半主动制导目标与环境特性仿真软件1.0版本”，计算了激光半主动制导探测器在复杂环境中接收的目标散射回波能量，分析了大气能见度对激光制导作用距离的影响；通过建立和求解空间目标热平衡方程，计算了空间目标的平衡温度，讨论了空间目标的光辐射特性。
薛妍[3]2001年在《大气光谱辐射传输与散射特性及应用》文中研究表明本文综述了大气辐射传输的基本过程。基于输运理论，研究了辐射传输的几种常用方法：离散纵标法(DISORT)、多通量法、蒙特卡罗法（Monte-Carlo）和LOWTRAN7。首先介绍了单层介质的离散纵标法，多通量理论，蒙特卡罗法，并对各种方法计算结果精度进行了比较。介绍了分层介质的离散纵标法，把应用于单层介质的蒙特卡罗法推广到多层，并对两者计算结果进行了比较。讨论了粒子尺寸参数对散射的各向异性的影响，估计了DISORT的适用范围。并结合国防预研项目“典型军用目标红外特征采集与建模”，研究了大气光谱辐射传输与散射特性。介绍了辐射学基本知识，计算大气辐射特性并用DISORT与LOWTRAN7进行了比较，研究了大气斜程中云和雨的衰减，用LOWTRAN7计算了太阳、天地背景光谱辐射。由粗糙面散射理论计算了复杂目标对太阳、天地背景辐射的反射。研制了大气透过率软件1.0版本，该软件具有良好的计算结果和人机交互界面。
靳兰海[4]2014年在《海面对阳光及大气背景红外辐射的散射特性研究》文中研究指明本文利用Modtran软件计算了太阳和天空背景的辐射特性，讨论了不同条件下太阳光谱辐照度和天空背景光谱辐射亮度的差异；结合海浪研究的谱方法，采用蒙特卡罗方法模拟出不同风速条件下的二维JONSWAP谱粗糙海面模型，并将其作为研究对象，利用双向反射分布函数(BRDF)计算了海面对太阳和天空背景红外辐射的散射，并结合海面自身辐射，构建了海面亮带物理模型。通过使用基于显卡(GPU)的并行计算方法以及基于可视化计算的遮挡效应解决方法，计算仿真了不同波段、不同风速、不同观测角度下的海面亮带；综合考虑太阳辐照度、天空背景辐射亮度、海面自身的辐射、大气程辐射以及大气透过率，模拟出3~5μm、8~12的海面亮带，给出三维海面亮带仿真图、不同风浪下二维海面亮带亮度分布图、一维海面亮带散射亮度水平分布图、不同观测角度下三维海面亮斑分布图，并讨论了海面亮带对目标识别的影响。
杨春平[5]2008年在《天空背景光谱特性建模及仿真》文中研究指明天空背景光谱辐射特性及其场景仿真是地面对空中目标探测、地对空遥感等领域的研究热点。地对空光学探测系统在工作时，观测系统除了接收到目标自身的辐射和目标对太阳辐射的散射辐射外，还包括大气分子、气溶胶以及云等微粒对太阳辐射的散射辐射、大气自身的热辐射以及太阳的直接辐射等，它们构成了地对空观测时的背景辐射。对于观察系统而言，能否从复杂的背景中区分出目标的关键之一在于目标与背景的光谱辐射亮度之间的对比度，因此天空背景光谱辐射亮度分布是对空监视、空中目标搜索及跟踪等应用必须考虑的基本数据。本文正是针对上述问题，对天空背景光谱辐射特性的计算方法和数值场景生成的方法作了创新性和探索性研究，为探测系统仿真提供了基础依据。本文的主要研究内容和结果为：1．分析了大气分子和气溶胶微粒的消光参数垂直廓线数据库的构建方法；研究了大气分子、气溶胶等的散射象函数，分析了不同情形下散射象函数的表述形式；2．研究了无云大气情形下天空背景辐射亮度的近似计算方法；基于输运理论，研究了辐射传输方程的建立过程；对辐射传输方程的通用解法进行了分析，介绍了求解多层介质辐射传输方程的修正Eddington近似法和离散坐标法，给出了计算实例。计算结果表明：与利用离散坐标法的计算结果相比，利用修正Eddington近似法计算多次散射的贡献具有足够的精度，而且计算速度更快；3．研究了典型水云和冰云消光参数的近似计算方法，计算结果表明：利用本文提出的近似法计算值与利用Mie理论计算出的结果符合较好；提出了典型云对天空背景辐射亮度影响的计算方法；4．从能量守恒定律出发，建立了朗伯地表对下行辐射的反射作用引起天空背景辐射亮度的解析计算模型。利用射线追踪原理，提出了地表与大气之间单次反射、多次反射影响天空光谱辐射亮度的计算方法。计算结果表明：随着地表反射率的增加，地表反射对天空背景辐射亮度的影响也随之增强，同时在观察方向靠近地平线时，这种影响急剧增加，即存在明显的“临边增亮”效应；5．分析了天空背景场景的数值仿真方法，同时利用辐射传输理论和分形理论对云场景仿真方法进行了研究，开发了天空背景辐射亮度计算和场景生成软件以及与目标背景合成场景的接口程序，软件中包括有云状态时的仿真程序。
高翔[6]2016年在《飞行器/排气系统红外辐射及电磁散射特性数值研究》文中研究指明雷达探测和红外探测是目前针对飞行器的主要侦测方式,而发动机的排气系统不仅是飞机后向3μm-5μm波段内的主要辐射源,作为电大腔体也是飞行器后向主要的雷达散射源。因此,如何降低排气系统的红外和雷达信号强度成为隐身飞行器设计研究的重要问题。以此为背景,本文开展了飞行器及其排气系统的红外辐射和电磁散射特性研究。在红外辐射研究方面,发展了红外数值计算方法,并在此基础上研究了气溶胶隐身技术和S弯遮挡技术等红外抑制技术的特点,最后以耦合进/排气系统的飞翼无人机为研究对象,分析了太阳辐射、地面辐射、天空辐射等环境因素对飞翼无人机的红外辐射特性的影响。在电磁散射方面,研究了腔体电磁散射特性计算方法并开展了暗室实验测试验证,最后研究了几何构型设计、介质涂覆等雷达散射截面(RCS,Radar Cross Section)缩减技术。论文的主要研究内容及结果如下:1、在红外辐射计算技术方面:针对红外辐射计算与CFD计算使用网格不一致而带来的计算精度损失的问题,本文提出了基于非结构网格“表面”编号的拓扑方法,避免了将CFD结果数据及网格数据拓展全三维和插值而带来的计算精度损失,此外所提出的网格拓扑方法能够解决包含周期性边界条件的红外辐射问题;对气体辐射的逐线计算方法和Malkmus统计窄谱带模型进行了研究,并在HITEMP数据库基础上采用Malkmus统计窄谱带模型构建了用于3μm-5μm和8μm-14μm气体辐射研究的燃气数据库;针对使用窄谱带模型进行大气衰减作用计算效率较低的问题,将CG近似下的Malkmus模型与HITRAN数据库结合,应用于背景辐射模型的计算,提高了构建背景辐射的计算效率;基于球形粒子光学参数、稀疏粒子系的光学参数以及散射统计概率模型,建立了含粒子介质系的散射模型,并将此模型与反向蒙特卡洛方法相结合,开发了能够计算含粒子介质系红外辐射的方法和计算软件,为气溶胶隐身技术研究提供了有力的工具;通过构建太阳辐射模型、地面辐射模型、天空辐射模型,并以壁面双向反射函数模型模拟飞翼机体表面对太阳辐射的反射,最终实现了处于背景中的飞行器红外辐射数值仿真,为研究目标与环境之间的影响提供了理论与技术支撑。2、在气溶胶红外隐身技术方面:以轴对称排气系统为基础开展了SiO2粒子注入对排气系统的红外抑制效果的研究,获得了粒子注入规律对排气系统的红外辐射强度的影响规律。通过分析粒子的注入流量、注入速度、注入角度、直径以及外流马赫数等参数对粒子注入后的排气系统红外辐射特性的影响,发现了离散颗粒注入流量过大反而会使得排气系统在大角度下的红外辐射增强;在有外流的情况下,粒子注入速度和注入角度对排气系统的红外抑制效果的影响不大;在大探测角下,外流马赫数为0.4时的抑制效率要高于马赫数为0.6和0.8时的抑制效率。3、在几何遮挡红外抑制技术方面:为探索遮挡技术对排气系统红外辐射的影响,对比研究了轴对称排气系统、单S弯排气系统以及双S弯排气系统的红外辐射特性,得出采用双S弯排气系统,能够使红外辐射强度的最大值相比轴对称排气系统减少95%左右,使被锁定距离的最大值降为轴对称排气系统的15%左右;开展了宽高比、第一弯位置、第一弯面积、出口斜切角度以及出口形状等几何参数的变化对双S弯排气系统的气动性能及红外辐射特性影响研究,得到了几何参数变化对双S弯排气系统的气动性能及红外辐射特性的影响规律。4、在背景与目标红外辐射研究方面:采用理论分析与数值模拟相结合的方法,分析研究了“干净构型”及耦合不同进/排气系统的飞翼无人机的气动性能及内外流特性;并对耦合S弯进气道、单S弯或双S弯排气系统的飞翼无人机的红外辐射特性进行了分析研究;结果表明,耦合双S弯排气系统的飞翼无人机具有更低的红外辐射强度;最后,以耦合双S弯进/排气系统的飞翼无人机为对象,开展了无人机蒙皮反射背景辐射的研究,研究表明在3μm-5μm波段内,太阳辐射是飞机蒙皮的主要反射辐射,而在8μm-14μm波段内反射辐射主要来自地面辐射和天空的辐射。5、在电磁散射计算方法与RCS实验测试方面:将迭代物理光学方法与阻抗边界条件相结合,发展了可用于腔体吸波介质涂覆研究的电磁散射计算程序,并将其与红外辐射计算程序进行集成;基于简化的轴对称排气系统模型,对本文的数值方法进行了验证,结果表明,所开发的电磁散射计算程序能够用于研究排气系统这类复杂腔体的电磁散射特性;为消除排气系统的外壁面对RCS测试结果的影响,针对电大尺寸腔体RCS测试的要求,设计研制了分别适用于轴对称排气系统、双S弯排气系统且符合背景噪声要求的两种低散射壳体;采用步进频率测试系统,在暗室中完成了轴对称、双S弯两种排气系统在五个波段下的RCS测试,验证了双S弯结构能够有效地减缩排气系统的RCS。6、在排气系统RCS减缩技术方面:分析对比了简化后的轴对称排气系统、单S弯排气系统以及双S弯排气系统在X波段内的电磁散射特性。研究表明,双S弯结构可使得排气系统的RCS至少减缩74.4%,并进一步分析了宽高比、第一弯面积、第一弯位置等多个几何参数对双S弯排气系统电磁散射特性的影响,探寻了排气系统电磁散射特性随几何参数变化的规律;针对介质涂覆对双S排气系统RCS的影响,开展了双S弯排气系统不同涂覆位置的研究,研究发现介质涂覆能够有效减缩排气系统的RCS,在喷管出口附近壁面涂覆吸波材料具有高的效费比。
施加宝[7]2009年在《海天背景的红外辐射散射特性研究》文中进行了进一步梳理本文研究海天背景的红外辐射散射特性。运用Modtran4.0计算了可见光、近红外和远红外在不同地表、季节、云层、时间和不同高度、接收角时辐射传输特性。利用Cox-Munk模型和遮蔽函数数值计算了海面的反射率随入射角、反射角、风速的变化,以及发射率随入射角和风速的变化关系。基于文献提供的海面BRDF模型,数值计算了海面BRDF入射角的变化。利用Modtran软件计算了海面的自身辐射并建立其辐射模型;将辐射理论计算的海面总背景辐射与软件的计算结果进行了比较。结合粗糙面光散射理论和天地背景的工程优化模型,推导了目标对复杂背景辐射光散射强度空间分布表达式,并数值计算了目标位于海面不同高度时的光散射强度。
刘则洵[8]2012年在《目标轨迹自适应天空背景光谱辐射特性测量系统的研究》文中研究说明随着航天技术的发展,空间目标光电探测已成为世界各国竞相发展的重要研究方向。在使用地基设备对空间目标进行探测时,探测系统接收到的辐射信息除在轨运行目标自身的辐射外,还包括大气中气体分子和气溶胶微粒对太阳辐射的散射和吸收,这些散射和吸收作用构成了天空背景辐射。而地基光电探测设备大多是通过比较目标与背景辐射强度和光谱(反射谱和辐射谱)的差异来识别目标的,空间目标与天空背景光谱辐射亮度的差异直接决定探测质量。因此天空背景光谱辐射特性的精确测定是开展空间目标探测和地对空遥感等领域研究的前提和基础。传统的天空背景辐射特性测量仪器大多采用固定型工作方式,即对天空背景的特定区域进行拍摄及测量,整个测量过程与空间目标的运行轨迹并不相关,无法对空间目标运行轨迹的天空背景辐射特性进行实时测量。针对传统测量仪器在测量位置精度及实时性等方面的不足,本文提出了一种基于空间目标运行轨迹的新型天空背景辐射特性测量系统。通过该系统,可以建立测量设备与空间目标在时间及空间上的对应关系,从而实现对空间目标所经过的天空背景光谱辐射特性的自动测量,满足空间目标探测领域在测量精度及测量实时性等方面的要求。本文的研究内容包括以下几个方面：1.介绍了大气层结构和大气成分；并通过对大气中气体分子和气溶胶微粒的吸收和散射作用的分析,说明了大气对天空背景光谱辐射特性的影响；以MODTRAN软件为例,介绍了大气辐射传输模型与算法。2.设计一种空间目标轨迹自适应天空背景光谱辐射特性测量系统。该系统采用双轴地平式U型结构,水平轴和垂直轴系统均采用直流力矩电机直接驱动；用绝对式光电轴角编码器完成俯仰、方位角的实时测量；加入时统终端,具有GPS、北斗授时功能,并能够实时显示经度、纬度、海拔等位置信息；引入测量电视,通过恒星星体测量,采用天体定向法建立系统基准方向；选用积分球和光纤光谱仪作为天空背景光谱辐射亮度的接收器件,从而提高数据获取的实时性和准确性。3.通过波长校准、辐射量值标准传递及系统光谱辐射定标,确定整个系统的光谱辐射响应度,并将其应用到数据采集和处理过程中,将采集的数字量反演成相应的天空背景光谱辐射亮度。结果表明：系统光谱位置最大误差为：0.31nm,系统光谱辐射定标的标准不确定度为：2.96%。4.利用该系统在外场进行了引导测量实验,并将测量结果与MODTRAN模拟计算的结果进行了比对,结果表明：两者得到的天空背景光谱辐射亮度曲线在曲线形状上较为接近,系统测得的天空背景相关特性与天空背景的真实情况相符合,该系统能够实现对空间目标所经过的天空背景光谱辐射特性的自动测量。
吴英[9]2008年在《空间目标可见光散射特性数学建模与仿真研究》文中进行了进一步梳理随着科技的发展,特别是军用航天技术的发展,对空间目标的光散射特性与辐射特性,尤其是对目标的探测、跟踪与识别、突防等空间技术的研究显得十分重要。空间目标的光散射特性研究包括目标对阳光天地背景辐射的空间散射强度分布和光谱分布。研究各种目标与背景的光辐射特性,建立目标与背景光辐射特性的数据库和数学模型,可为以后的论证、仿真和试验提供基础。本文介绍了辐射理论与散射理论中的有关概念和定律以及双向反射分布函数,并根据它们之间的关系,有效地将散射和辐射两个不同领域的概念联结在一起,建立了目标散射特性的数学模型,提出了一种计算目标表面辐照度的方法。介绍了太阳天顶角和方位角的计算以及大气传输与背景辐射的基本理论,用Modtran软件计算了太阳光谱辐照度,表明太阳光在0.4-0.6μm波段的辐射可以用65°方向的背景辐射来近似代替,在0.6-0.8μm波段的辐射可以用70°方向的背景辐射来近似代替。建模过程中,首先建立了目标背景辐射的物理模型;然后建立了辐射理论模型;最后引入Davies双向反射分布函数模型,建立了目标散射特性的理论模型;把辐射理论模型和散射理论模型进行比较,表明了散射理论模型的准确性。计算了目标模型的光谱辐照度,通过用MATLAB仿真计算,分析了空间目标在可见光波段的光谱辐照度与入射角、反射角和波长的关系,确定了卫星辐照度最大时的反射角。仿真结果表明:目标表面的光学特性,除了与目标的外形结构、飞行姿态有关以外,还和目标、太阳、地球间的相互位置有关。
张传新[10]2015年在《天基光学探测中典型干扰源的光谱辐射特性分析》文中进行了进一步梳理天基探测条件下,目标和典型背景的不同光谱辐射特性是探测和识别目标的基础。由于云层、大气临边和星空背景的光谱辐射特性的复杂性和多变性,一直是目标探测中重要的干扰源。根据目标及其所处背景的光谱辐射特性,寻找最佳探测波段,使目标及其所处背景有最明显的不同,以便于从视场中识别出目标,对于天基探测条件下目标识别有重要的意义和价值。基于此,建立目标和典型背景的光谱辐射模型,分析其光谱辐射特性,为这种探测识别提供技术和数据上的支持。在探测器视场角内会出现的物体,即视场角内的内容,包括:目标/诱饵、云层、大气临边和星空背景。为了确定目标和这些典型背景的辐射信息以实现对目标的探测,本文对这些内容进行特性分析、理论建模和光谱辐射强度的计算,主要内容包括以下3个方面。1.建立了中段目标/诱饵的热平衡模型和光谱辐射特性模型,分析了材料物性、边界条件对中段目标/诱饵的方向辐射强度的影响规律。根据中段目标/诱饵与其所在的外热源环境的各种能量交换,得到日照区和地球阴影区的热平衡方程,确定中段目标/诱饵的温度变化。建立目标/诱饵的反射光谱辐射特性模型和发射光谱辐射特性模型,在得到的目标/诱饵表面温度数据的基础上,计算目标/诱饵在不同方向上的反射和发射光谱辐射强度。2.基于辐射传递原理和MODTRAN软件,建立了云层和大气临边的光谱辐射特性模型。首先建立了光线入射吸收、散射性介质,只考虑一次散射以及仅考虑到二次散射时的辐射传输模型。根据云层背景的几何物理参数,利用Mie散射理论,结合云层粒子浓度和粒径分布,得到云层粒子系的光谱辐射特性参数,计算云层在不同方向上的反射光谱辐射强度。利用MODTRAN(中等光谱分辨率大气透过率及辐射传输算法数据库),计算不同条件下大气临边背景的光谱辐射强度。3.建立了星空背景的有效温度和探测角参数计算模型,基于MSX星表和随机微粒群优化算法实现了这两个参数的反演,获得了任意时刻、不同观测点位置下的恒星光谱辐射强度。首先在分析恒星所处的深空环境和探测器对恒星的探测的基础上,建立恒星有效温度和探测角参数的计算模型。根据MSX(红外测光星表)中提供的有关视星等、赤经、赤纬和辐射流量等数据,利用随机微粒群优化算法,反演得到恒星有效温度和探测角参数。进一步获得了任意时刻、不同观测点位置下的恒星光谱辐射强度。本文利用理论建模和数值方法研究天基光学探测条件下目标和典型背景的光谱辐射特性,计算目标/诱饵的反射和发射光谱辐射强度,云层反射光谱辐射强度,不同大气临边条件下的光谱辐射强度以及星空背景的光谱辐射强度。对光线入射吸收、散射性介质的辐射传输模型与蒙特卡洛方法计算的数据结果进行对比,计算的恒星有效温度和已知的恒星温度对比,验证结果的正确性,这些工作为天基光学探测条件下目标识别提供了理论依据、技术支持和数据参考。
参考文献：
[1]. 目标对复杂背景光谱辐射的反射和散射特性研究[D]. 李明柱. 西安电子科技大学. 1999
[2]. 目标与环境光散射辐射特性与应用研究[D]. 刘安安. 西安电子科技大学. 2002
[3]. 大气光谱辐射传输与散射特性及应用[D]. 薛妍. 西安电子科技大学. 2001
[4]. 海面对阳光及大气背景红外辐射的散射特性研究[D]. 靳兰海. 西安电子科技大学. 2014
[5]. 天空背景光谱特性建模及仿真[D]. 杨春平. 电子科技大学. 2008
[6]. 飞行器/排气系统红外辐射及电磁散射特性数值研究[D]. 高翔. 西北工业大学. 2016
[7]. 海天背景的红外辐射散射特性研究[D]. 施加宝. 西安电子科技大学. 2009
[8]. 目标轨迹自适应天空背景光谱辐射特性测量系统的研究[D]. 刘则洵. 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）. 2012
[9]. 空间目标可见光散射特性数学建模与仿真研究[D]. 吴英. 哈尔滨理工大学. 2008
[10]. 天基光学探测中典型干扰源的光谱辐射特性分析[D]. 张传新. 哈尔滨工业大学. 2015
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