探測目標機動性和偽裝能力的不斷提高進一步阻礙了其可探測性,因此傳感器的探測性能要求也不斷提高。對地紅外觀測系統(tǒng)在環(huán)境,軍事和科學研究中發(fā)揮著重要作用。而選擇合理準確的傳感器觀測波段可以準確的提高對地紅外探測系統(tǒng)的探測性能,本文分別從火箭尾焰目標輻射的光譜特性、地球/大氣背景環(huán)境輻射特性以及對地觀測系統(tǒng)等要素出發(fā)進行相應場景仿真,進行綜合評估指標分析選擇合理準確的傳感器觀測波段。論文的主要研究內容和取得的成果如下:（1）研究了典型下墊面的散射輻射特性及模型。對非朗伯體下墊面的散射模型進行了詳細研究,推導并計算其關鍵參數(shù)“鏡漫比”。通過統(tǒng)計分析實測數(shù)據(jù),建立散射輻射模型,根據(jù)大氣傳輸與波段之間的相關性,對含冰凌紅外遙感場景的不同波段分別進行場景仿真。（2）研究了火箭尾焰目標紅外輻射特性,并對不同高度的尾焰目標進行仿真�；鸺惭娴募t外輻射圖像是根據(jù)檢測視角通過重疊發(fā)動機火焰的紅外輻射,研究在不同海拔高度下,尾焰目標的形態(tài)大小及輻射亮度的變化。（3）研究了尾焰目標與下墊面場景進行物理疊合,得到較為真實對紅外復合場景。其中下墊面場景的類型包括含冰凌的青海湖、城市、沙漠、山脈、水體五種類型。（4）... 

【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

-3μm大氣頂層太陽輻射亮度

電子科技大學碩士學位論文8圖2-32-3μm不同海拔高度處大氣透過率2.2尾焰目標紅外輻射特性火箭的尾焰目標是發(fā)光發(fā)熱的燃燒氣體，由火箭發(fā)動機燃燒室內消耗推進劑，并通過噴口產(chǎn)生的推力產(chǎn)生的。由于燃料燃燒后的產(chǎn)物主要成分都是水和二氧化碳，即水和二氧化碳是尾焰目標的主要組成�；鸺耐七M劑燃料主要包括液體燃料、固體燃料和固液混合燃料三種不同的類型，根據(jù)水和二氧化碳兩種氣體的分子結構，在2.7μm和4.3μm附近的強吸收波段范圍內，可以使紅外輻射對地表下墊面的干擾降到最低。同時，由于在考慮到大氣窗口的情況下在具有高透過率的光譜帶中進行探測，因此對地紅外觀測系統(tǒng)常選用2.7μm、4.3μm附近的波段進行探測，可以有效的減小對尾焰目標檢測的錯誤率。本文針對2.7μm附近的波段進行研究。尾焰目標的紅外輻射特性研究主要是從三個方面[35]進行實驗研究，一方面是通過燃燒室以及復燃反應等角度實驗，分析其對火箭發(fā)動機尾焰輻射特性影響；另一方面是使用具體的方法計算火箭發(fā)動機尾焰的紅外輻射特性，例如采用反蒙特卡洛法運算尾焰目標的流場并對其數(shù)值仿真，離散坐標法進行尾焰目標二維或者三維建模，熱流法得到尾焰目標的光譜輻射特性等；最后利用紅外輻射探測量系統(tǒng)對尾焰流場的輻射特性進行測量，紅外輻射計可以獲得從尾焰流場得到的紅外輻射強度值，紅外熱像儀可以獲得紅外輻射分布圖，紅外光譜儀得到紅外光譜曲線�；鸺惭婺繕说募t外輻射特性主要受其表面溫度決定，同時目標所處的空間環(huán)境和自身狀態(tài)對其表面溫度影響很大[36]。根據(jù)以往的研究，大氣層外尾焰目標的表面溫度總體呈遞進式分布，為了保證計算的準確性，應該將其表面劃分成無

第二章紅外輻射相關理論13Torrance-Sparrow模型包括漫反射和鏡面反射，其中sK與dK分別為鏡面反射與漫反射分量的比例常數(shù)，sK與dK的關系為：1sdKK(2-10)Cook-Torrance模型和Torrance-Sparrow模型不同之處在于前者基于高斯分布，而后者基于Beckmann分布。對于理想的光滑表面，無漫反射，微小面元之間也沒有互相遮擋，因此粗糙表面比光滑表面較暗。Cook-Torrance模型的BRDF表達式為：2242()(,)(,,,)tanexp4coscoscosaiirrdiffspecdsirRFnGBRDFBRDFBRDFKK(2-11)2.3.3散射模型中鏡漫比參數(shù)的計算在仿真不同下墊面紅外場景中，要計算下墊面散射的輻射亮度，需要先求出鏡面反射與漫反射的分量，其關鍵是求出各分量對應的比例系數(shù)，即sK與dK的值，將sK與dK的比值dskk/定義為鏡漫比，根據(jù)鏡漫比與BRDF模型之間的關系最后能夠仿真出較為真實的非朗伯體下墊面紅外場景。本文以青海湖冰凌為例，對散射模型中鏡漫比參數(shù)進行推導計算。圖2-1為不同時刻的青海湖遙感數(shù)據(jù)所生成的圖像。由圖2-1可知，青海湖湖面冰凌區(qū)域的輻射亮度遠遠大于青海湖周圍的黃土等背景亮度。而且不同結冰區(qū)域顯示在圖像事的亮暗不同，結冰程度不同，反照率不同，偏亮的區(qū)域是由于結冰程度高，而青海湖地勢平緩，遮蔽效應不明顯，湖面光滑鏡面反射分量所占比例較大，導致青海湖冰凌輻射亮度值變大。因此對地紅外觀測系統(tǒng)經(jīng)過青海湖上方，不同的觀測角度形成了不同時刻的青海湖輻射數(shù)據(jù)，如圖2-1所示。(a)(b)(c)圖2-1不同時段的青海湖冰凌輻射數(shù)據(jù)成像。(a)t1時刻輻射數(shù)據(jù)成像；(b)t2時刻輻射數(shù)據(jù)成像；(c)t3時刻輻射數(shù)據(jù)成像

【參考文獻】：
期刊論文
[1]空中目標多波段紅外輻射特性描述與仿真分析[J]. 王霄,高思莉,金璐,李爭,李范鳴.  光子學報. 2020(05)
[2]火箭發(fā)動機有遮擋情況的尾焰紅外輻射計算[J]. 尹振躍,朱定強,任泓帆.  火箭推進. 2019(05)
[3]紅外預警衛(wèi)星探測波段地球背景輻射仿真研究[J]. 李文杰,閆世強,王成良,歐陽琰,張松芝,蓋美慶.  紅外與激光工程. 2019(12)
[4]復雜環(huán)境下彈道中段目標探測能力分析[J]. 袁航,王曉蕊,張凱莉,任冬,李珂.  紅外與激光工程. 2019(06)
[5]紅外預警衛(wèi)星空間虛警源輻射特性分析[J]. 李文杰,宋澤正,李廣波,閆世強,歐陽琰,王成良.  紅外與激光工程. 2019(03)
[6]城市輻射場模擬性能對比分析[J]. 劉大龍,賈曉偉,楊競立,董國明.  清華大學學報(自然科學版). 2019(03)
[7]基于蒙特卡洛法的尾焰紅外輻射特性仿真與試驗[J]. 鄭海晶,白廷柱,王全喜.  光子學報. 2018(08)
[8]高速飛行目標尾焰紅外輻射特性的建模仿真計算[J]. 祝念,高思莉,岳娟.  紅外. 2018(05)
[9]紅外預警衛(wèi)星直視地表波段選擇及探測能力[J]. 劉尊洋,葉慶,李修和,邵立,孫曉泉.  紅外與激光工程. 2018(02)
[10]多噴管液體火箭動力系統(tǒng)尾焰輻射特性研究[J]. 喬野,聶萬勝,吳高楊,豐松江.  導彈與航天運載技術. 2017(04)

博士論文
[1]天基空間目標紅外輻射特性分析與目標工作信息反演[D]. 李文豪.中國科學院大學(中國科學院西安光學精密機械研究所) 2018
[2]復雜地球大氣和目標光譜輻射散射特性研究[D]. 郭興.西安電子科技大學 2018
[3]近紅外天光背景測量系統(tǒng)中的若干關鍵術研究[D]. 董書成.中國科學技術大學 2018
[4]地表熱紅外輻射背景場建模與成像模擬研究[D]. 趙利民.南京大學 2011

碩士論文
[1]火箭發(fā)動機尾噴焰紅外輻射特性不確定度分析研究[D]. 楊森.哈爾濱工業(yè)大學 2019
[2]紅外預警衛(wèi)星對彈道中段目標探測能力研究[D]. 張凱莉.西安電子科技大學 2018
[3]高溫尾焰紅外光譜特性分析及探測波段選取技術研究[D]. 祝念.中國科學院大學(中國科學院上海技術物理研究所) 2018
[4]冰凌紅外散射特性及場景仿真研究[D]. 周鑫.電子科技大學 2018
[5]紅外目標與背景的物理疊合研究[D]. 萬重濤.電子科技大學 2018
[6]導彈目標多波段紅外成像特征建模仿真分析[D]. 朱姣.西安電子科技大學 2017
[7]云對地球與臨邊背景紅外輻射特性影響研究及模擬[D]. 叢研.南京理工大學 2017
[8]地球及臨邊背景紅外輻射特性研究[D]. 李瑞.南京航空航天大學 2016
[9]天基紅外點目標成像特征研究[D]. 劉可輝.西安電子科技大學 2014
[10]復雜地球大氣背景下目標的可見光/紅外散射與輻射特性[D]. 王萬君.西安電子科技大學 2014



本文編號：3136516