探測(cè)目標(biāo)機(jī)動(dòng)性和偽裝能力的不斷提高進(jìn)一步阻礙了其可探測(cè)性,因此傳感器的探測(cè)性能要求也不斷提高。對(duì)地紅外觀測(cè)系統(tǒng)在環(huán)境,軍事和科學(xué)研究中發(fā)揮著重要作用。而選擇合理準(zhǔn)確的傳感器觀測(cè)波段可以準(zhǔn)確的提高對(duì)地紅外探測(cè)系統(tǒng)的探測(cè)性能,本文分別從火箭尾焰目標(biāo)輻射的光譜特性、地球/大氣背景環(huán)境輻射特性以及對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)等要素出發(fā)進(jìn)行相應(yīng)場(chǎng)景仿真,進(jìn)行綜合評(píng)估指標(biāo)分析選擇合理準(zhǔn)確的傳感器觀測(cè)波段。論文的主要研究?jī)?nèi)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(duì)非朗伯體下墊面的散射模型進(jìn)行了詳細(xì)研究,推導(dǎo)并計(jì)算其關(guān)鍵參數(shù)“鏡漫比”。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析實(shí)測(cè)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(guān)性,對(duì)含冰凌紅外遙感場(chǎng)景的不同波段分別進(jìn)行場(chǎng)景仿真。（2）研究了火箭尾焰目標(biāo)紅外輻射特性,并對(duì)不同高度的尾焰目標(biāo)進(jìn)行仿真�；鸺惭娴募t外輻射圖像是根據(jù)檢測(cè)視角通過(guò)重疊發(fā)動(dòng)機(jī)火焰的紅外輻射,研究在不同海拔高度下,尾焰目標(biāo)的形態(tài)大小及輻射亮度的變化。（3）研究了尾焰目標(biāo)與下墊面場(chǎng)景進(jìn)行物理疊合,得到較為真實(shí)對(duì)紅外復(fù)合場(chǎng)景。其中下墊面場(chǎng)景的類(lèi)型包括含冰凌的青海湖、城市、沙漠、山脈、水體五種類(lèi)型。（4）... 

【文章來(lái)源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

-3μm大氣頂層太陽(yáng)輻射亮度

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文8圖2-32-3μm不同海拔高度處大氣透過(guò)率2.2尾焰目標(biāo)紅外輻射特性火箭的尾焰目標(biāo)是發(fā)光發(fā)熱的燃燒氣體，由火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)消耗推進(jìn)劑，并通過(guò)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(biāo)的主要組成�；鸺耐七M(jìn)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(lèi)型，根據(jù)水和二氧化碳兩種氣體的分子結(jié)構(gòu)，在2.7μm和4.3μm附近的強(qiáng)吸收波段范圍內(nèi)，可以使紅外輻射對(duì)地表下墊面的干擾降到最低。同時(shí)，由于在考慮到大氣窗口的情況下在具有高透過(guò)率的光譜帶中進(jìn)行探測(cè)，因此對(duì)地紅外觀測(cè)系統(tǒng)常選用2.7μm、4.3μm附近的波段進(jìn)行探測(cè)，可以有效的減小對(duì)尾焰目標(biāo)檢測(cè)的錯(cuò)誤率。本文針對(duì)2.7μm附近的波段進(jìn)行研究。尾焰目標(biāo)的紅外輻射特性研究主要是從三個(gè)方面[35]進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，一方面是通過(guò)燃燒室以及復(fù)燃反應(yīng)等角度實(shí)驗(yàn)，分析其對(duì)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)尾焰輻射特性影響；另一方面是使用具體的方法計(jì)算火箭發(fā)動(dòng)機(jī)尾焰的紅外輻射特性，例如采用反蒙特卡洛法運(yùn)算尾焰目標(biāo)的流場(chǎng)并對(duì)其數(shù)值仿真，離散坐標(biāo)法進(jìn)行尾焰目標(biāo)二維或者三維建模，熱流法得到尾焰目標(biāo)的光譜輻射特性等；最后利用紅外輻射探測(cè)量系統(tǒng)對(duì)尾焰流場(chǎng)的輻射特性進(jìn)行測(cè)量，紅外輻射計(jì)可以獲得從尾焰流場(chǎng)得到的紅外輻射強(qiáng)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�(biāo)的紅外輻射特性主要受其表面溫度決定，同時(shí)目標(biāo)所處的空間環(huán)境和自身狀態(tài)對(duì)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(biāo)的表面溫度總體呈遞進(jìn)式分布，為了保證計(jì)算的準(zhǔn)確性，應(yīng)該將其表面劃分成無(wú)

第二章紅外輻射相關(guān)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(guān)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(duì)于理想的光滑表面，無(wú)漫反射，微小面元之間也沒(méi)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(dá)式為：2242()(,)(,,,)tanexp4coscoscosaiirrdiffspecdsirRFnGBRDFBRDFBRDFKK(2-11)2.3.3散射模型中鏡漫比參數(shù)的計(jì)算在仿真不同下墊面紅外場(chǎng)景中，要計(jì)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(guān)鍵是求出各分量對(duì)應(yīng)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(guān)系最后能夠仿真出較為真實(shí)的非朗伯體下墊面紅外場(chǎng)景。本文以青海湖冰凌為例，對(duì)散射模型中鏡漫比參數(shù)進(jìn)行推導(dǎo)計(jì)算。圖2-1為不同時(shí)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于青海湖周?chē)狞S土等背景亮度。而且不同結(jié)冰區(qū)域顯示在圖像事的亮暗不同，結(jié)冰程度不同，反照率不同，偏亮的區(qū)域是由于結(jié)冰程度高，而青海湖地勢(shì)平緩，遮蔽效應(yīng)不明顯，湖面光滑鏡面反射分量所占比例較大，導(dǎo)致青海湖冰凌輻射亮度值變大。因此對(duì)地紅外觀測(cè)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)青海湖上方，不同的觀測(cè)角度形成了不同時(shí)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(shí)段的青海湖冰凌輻射數(shù)據(jù)成像。(a)t1時(shí)刻輻射數(shù)據(jù)成像；(b)t2時(shí)刻輻射數(shù)據(jù)成像；(c)t3時(shí)刻輻射數(shù)據(jù)成像

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]空中目標(biāo)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(zhēng),李范鳴.  光子學(xué)報(bào). 2020(05)
[2]火箭發(fā)動(dòng)機(jī)有遮擋情況的尾焰紅外輻射計(jì)算[J]. 尹振躍,朱定強(qiáng),任泓帆.  火箭推進(jìn). 2019(05)
[3]紅外預(yù)警衛(wèi)星探測(cè)波段地球背景輻射仿真研究[J]. 李文杰,閆世強(qiáng),王成良,歐陽(yáng)琰,張松芝,蓋美慶.  紅外與激光工程. 2019(12)
[4]復(fù)雜環(huán)境下彈道中段目標(biāo)探測(cè)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(yù)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(qiáng),歐陽(yáng)琰,王成良.  紅外與激光工程. 2019(03)
[6]城市輻射場(chǎng)模擬性能對(duì)比分析[J]. 劉大龍,賈曉偉,楊競(jìng)立,董國(guó)明.  清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)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(yàn)[J]. 鄭海晶,白廷柱,王全喜.  光子學(xué)報(bào). 2018(08)
[8]高速飛行目標(biāo)尾焰紅外輻射特性的建模仿真計(jì)算[J]. 祝念,高思莉,岳娟.  紅外. 2018(05)
[9]紅外預(yù)警衛(wèi)星直視地表波段選擇及探測(cè)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(dòng)力系統(tǒng)尾焰輻射特性研究[J]. 喬野,聶萬(wàn)勝,吳高楊,豐松江.  導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù). 2017(04)

博士論文
[1]天基空間目標(biāo)紅外輻射特性分析與目標(biāo)工作信息反演[D]. 李文豪.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所) 2018
[2]復(fù)雜地球大氣和目標(biāo)光譜輻射散射特性研究[D]. 郭興.西安電子科技大學(xué) 2018
[3]近紅外天光背景測(cè)量系統(tǒng)中的若干關(guān)鍵術(shù)研究[D]. 董書(shū)成.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2018
[4]地表熱紅外輻射背景場(chǎng)建模與成像模擬研究[D]. 趙利民.南京大學(xué) 2011

碩士論文
[1]火箭發(fā)動(dòng)機(jī)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(xué) 2019
[2]紅外預(yù)警衛(wèi)星對(duì)彈道中段目標(biāo)探測(cè)能力研究[D]. 張凱莉.西安電子科技大學(xué) 2018
[3]高溫尾焰紅外光譜特性分析及探測(cè)波段選取技術(shù)研究[D]. 祝念.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所) 2018
[4]冰凌紅外散射特性及場(chǎng)景仿真研究[D]. 周鑫.電子科技大學(xué) 2018
[5]紅外目標(biāo)與背景的物理疊合研究[D]. 萬(wàn)重濤.電子科技大學(xué) 2018
[6]導(dǎo)彈目標(biāo)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(xué) 2017
[7]云對(duì)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(xué) 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(xué) 2016
[9]天基紅外點(diǎn)目標(biāo)成像特征研究[D]. 劉可輝.西安電子科技大學(xué) 2014
[10]復(fù)雜地球大氣背景下目標(biāo)的可見(jiàn)光/紅外散射與輻射特性[D]. 王萬(wàn)君.西安電子科技大學(xué) 2014



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