【摘要】：紅外成像末制導(dǎo)具有隱蔽性好、成像速度快、成像清晰相對(duì)較高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn),在大氣層中高速飛行目標(biāo)的檢測(cè)識(shí)別方面具有廣泛應(yīng)用價(jià)值。但是紅外成像末制導(dǎo)會(huì)受到云層和窗口氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)的干擾,從而極大地阻礙了在目標(biāo)檢測(cè)方面的有效應(yīng)用。傳統(tǒng)方法主要考慮薄云情況,在云層厚度和種類等對(duì)紅外成像末制導(dǎo)的影響方面研究不足。本文開展了在高速條件下執(zhí)行紅外成像末制導(dǎo)中,抑制云層和窗口氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)干擾的目標(biāo)檢測(cè)識(shí)別方面的關(guān)鍵技術(shù)研究。主要涉及以下方面內(nèi)容:首先,利用統(tǒng)計(jì)分析與機(jī)器學(xué)習(xí)方法并結(jié)合氣象衛(wèi)星的云圖資料,開展云層分類算法研究,為提高紅外成像末制導(dǎo)效能提供依據(jù)和指導(dǎo),本文提出的面向紅外末制導(dǎo)的云層分類算法其平均準(zhǔn)確度可以達(dá)到80%以上。其次,本文按目標(biāo)背景的不同對(duì)窗口氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)采用不同的算法進(jìn)行校正。以往的校正算法往往只考慮目標(biāo)背景為地面背景的情況,若目標(biāo)背景為天空背景時(shí)校正氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)仍會(huì)有殘余。用于測(cè)試校正算法的圖像是利用氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)數(shù)學(xué)模型仿真得到,還使用紅外波譜圖像反演方法來(lái)擴(kuò)充圖像數(shù)據(jù)集。接著,針對(duì)地面背景利用條件對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)對(duì)窗口氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)進(jìn)行校正,主要將氣動(dòng)傳輸效應(yīng)和氣動(dòng)熱輻射效應(yīng)綜合考慮且忽略系統(tǒng)噪聲。利用條件生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練大量數(shù)據(jù),通過(guò)學(xué)習(xí)提煉窗口氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)圖像與清晰圖像間的映射關(guān)系,并用于對(duì)氣動(dòng)光學(xué)圖像進(jìn)行校正。原始窗口氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)圖像與清晰圖像間的結(jié)構(gòu)相似性的典型值約為50%,利用條件生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)校正的氣動(dòng)光學(xué)圖像與清晰圖像間的結(jié)構(gòu)相似性典型值約為70%。最后,針對(duì)天空背景先利用本文提出的高熱非均勻背景抑制算法對(duì)氣動(dòng)熱輻射效應(yīng)進(jìn)行校正并去除系統(tǒng)噪聲,再利用MAP-HU矩算法對(duì)氣動(dòng)傳輸效應(yīng)進(jìn)行校正。從而有效提升圖像的信噪比,保留弱小目標(biāo),提高檢測(cè)識(shí)別效率。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TJ765;TP391.41;TN219
【圖文】：

圖 2-1 有云條件下目標(biāo)檢測(cè)示意圖2.2 云底高度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析2.2.1Cloudsat 數(shù)據(jù)2006 年 4 月 18 日, 美國(guó) NASA 的 CloudSat 衛(wèi)星在加利福尼亞 Vandenberg 空軍基地發(fā)射成功。CloudSat衛(wèi)星是NASA ESSP地球科學(xué)探測(cè)系統(tǒng)任務(wù)中的一顆衛(wèi)星CloudSat 衛(wèi)星是世界上第一顆專為云層探測(cè)而設(shè)計(jì)的雷達(dá)衛(wèi)星，其軌跡平均 16 天重復(fù)一次，環(huán)繞地球一周的時(shí)間約為一小時(shí)四十分鐘，數(shù)據(jù)產(chǎn)品精度高，是美國(guó)宇航局 地球系統(tǒng)科學(xué)探路者‖計(jì)劃中的一個(gè)十分重要的部分, 其主要目的是為研究人員提供云層的垂直結(jié)構(gòu)的觀測(cè)數(shù)據(jù)。CloudSat 衛(wèi)星的探測(cè)數(shù)據(jù)可以反演出準(zhǔn)確度比較高的云層特征數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對(duì)氣象預(yù)報(bào)和大氣探測(cè)都有重要意義。CloudSat 衛(wèi)星的主要科學(xué)目標(biāo):1）利用探測(cè)到的數(shù)據(jù)反演出云層的厚度和云底的高度，云底高度與天氣變化情

圖 2-2 cloudsat 數(shù)據(jù)三維示意圖將 CloudSat 中的 2B-GEOPROF 數(shù)據(jù)下載下來(lái)之后利用 MATLAB 將其中的云度數(shù)據(jù)顯示出來(lái)如上圖 2-2 所示。.2.2 MODIS 數(shù)據(jù)地球環(huán)境復(fù)雜多變，為了對(duì)地球表面環(huán)境的動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程做進(jìn)一步的深入研究ASA 于 1991 年發(fā)起了地球觀察計(jì)劃。Terra 衛(wèi)星是由 NASA 在 1998 年 12 月 18 日發(fā)射的一顆太陽(yáng)同步極軌衛(wèi)星，它描軌跡在地球表面上的投影由上午十點(diǎn)三十分自北向南掃過(guò)地球赤道。Aqua 衛(wèi)是由 NASA 于 2002 年 5 月 4 日發(fā)射的一顆太陽(yáng)同步極軌衛(wèi)星，它的掃描軌跡在表面上的投影由下午一點(diǎn)三十分自南向北掃過(guò)地球赤道。Terra 和 Aqua 這兩顆衛(wèi)相互配合每一到兩天就可完成對(duì)地球的完整觀察并獲得不同波段和不同分辨率據(jù)產(chǎn)品。表 2-3 為 MODIS 用于云層研究的各波段光譜參數(shù)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)將幫助更加深入的理解全球低層大氣內(nèi)的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。

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本文編號(hào)：2726880