民航飛機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控對(duì)保護(hù)國家和人民的利益較重要,所以國際民航組織和全球業(yè)界正系統(tǒng)推進(jìn)航空器監(jiān)控工作�，F(xiàn)在主要的監(jiān)控手段包括ADS-B手段和雷達(dá),民航飛機(jī)的ADS-B設(shè)備可以實(shí)時(shí)向地面和衛(wèi)星的ADS-B設(shè)備傳輸民航飛機(jī)的狀態(tài),所以原理上可以實(shí)現(xiàn)全球民航飛機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。然而基于ADS-B系統(tǒng)的全球民航飛機(jī)監(jiān)控需要民航飛機(jī)主動(dòng)向衛(wèi)星和地面?zhèn)鬏旓w行狀態(tài),在ADSB設(shè)備損壞或者受到干擾時(shí),地面就較難獲取民航飛機(jī)的飛行狀態(tài)。雷達(dá)可以在民航飛機(jī)不主動(dòng)傳輸狀態(tài)時(shí)進(jìn)行探測,從而獲得民航飛機(jī)的實(shí)時(shí)狀態(tài),但是雷達(dá)探測范圍有限,較難做到全球范圍民航飛機(jī)的監(jiān)控。為了探索對(duì)民航飛機(jī)進(jìn)行全球?qū)崟r(shí)監(jiān)控的方法,本文從光電探測角度對(duì)民航飛機(jī)監(jiān)控進(jìn)行了研究,本文研究有助于提供民航飛機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控可靠的手段。基于星載光電探測系統(tǒng)的監(jiān)控方法具有探測范圍廣、全球覆蓋性能、不需要民航飛機(jī)主動(dòng)傳輸狀態(tài)的優(yōu)點(diǎn),所以適合于民航飛機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控。本文主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)為:(1)論文對(duì)民航飛機(jī)和地球背景的輻射傳輸特性進(jìn)行了系統(tǒng)研究。對(duì)民航飛機(jī)的蒙皮、尾焰、地球背景反射太陽光輻射和地球背景自身熱輻射在可見近紅外波段、短波紅外波段、中波紅外波段和長波紅外波段進(jìn)行了仿真研究,研究了大氣衰減對(duì)目標(biāo)和地球背景的影響。對(duì)民航飛機(jī)點(diǎn)目標(biāo)和地球背景雜波進(jìn)行了建模,對(duì)星載光電探測儀器系統(tǒng)進(jìn)行了建模。(2)針對(duì)民航飛機(jī)的探測,對(duì)單波段單幀的探測方法、單波段幀間差分的探測方法、高光譜探測方法和多狹縫高光譜探測方法進(jìn)行了建模與仿真研究。對(duì)中波多高光譜成像結(jié)合多狹縫高光譜探測的方法進(jìn)行了研究,對(duì)探測方法的高光譜分辨率、高空間分辨率、高時(shí)間分辨率探測、具有全天時(shí)探測性能和可以探測目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度的特點(diǎn)進(jìn)行了研究。對(duì)星載中波多狹縫高光譜成像儀的探測性能進(jìn)行了研究,在空間分辨率162m,積分時(shí)間0.005s,系統(tǒng)F/#=2時(shí)可以達(dá)到的民航飛機(jī)探測信雜比可達(dá)20,尾焰光譜探測信雜比可以達(dá)到15。對(duì)基于中波多狹縫高光譜成像儀的高光譜時(shí)延累加算法進(jìn)行了研究,研究表明高光譜時(shí)延累加算法可以有效提升光譜信雜比。(3)針對(duì)多狹縫高光譜成像儀具有高光譜分辨率、高空間分辨率和高時(shí)間分辨率的特點(diǎn),提出了光譜差分異常檢測算法,把目標(biāo)檢測從光學(xué)背景域轉(zhuǎn)換到系統(tǒng)噪聲域,提升了暗弱目標(biāo)檢測性能。用改進(jìn)的光譜異常檢測算法對(duì)剩余圖像進(jìn)行檢測,提升了算法整體的穩(wěn)定性。理論研究和實(shí)驗(yàn)表明,本文提出的光譜差分異常檢測算法可以對(duì)復(fù)雜背景雜波中暗弱運(yùn)動(dòng)點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行有效檢測,算法檢測性能穩(wěn)定,需要的計(jì)算資源少,適合星載儀器的實(shí)時(shí)目標(biāo)檢測應(yīng)用。(4)針對(duì)目標(biāo)識(shí)別的問題,對(duì)光譜時(shí)延累加光譜角匹配目標(biāo)識(shí)別算法進(jìn)行了研究。利用光譜時(shí)延累加算法提升民航飛機(jī)尾焰光譜的信雜比。用光譜角匹配算法可以對(duì)解混后尾焰的光譜進(jìn)行識(shí)別。對(duì)解混精度對(duì)光譜角匹配性能的影響進(jìn)行了研究。(5)提出了民航飛機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控的星載中波多狹縫高光譜成像儀探測系統(tǒng)方案。對(duì)中波多狹縫高光譜成像儀的民航飛機(jī)的探測性能進(jìn)行了仿真研究,在軌道高度500km,幅寬1500km,可以達(dá)到的時(shí)間分辨率為15min,尾焰特征波段的探測信雜比為20,探測監(jiān)控全球民航飛機(jī)需要的衛(wèi)星數(shù)量為187個(gè),用地基實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了3.7-4.8μm波段的探測性能。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP391.41;V35
【部分圖文】：

圖 1.1 2018 年某時(shí)間全球正飛行的航班。圖 1.1 內(nèi)容來自于 Flightware 公司，亮區(qū)域表示正處于白天，暗區(qū)域表示晚上，統(tǒng)計(jì)的航班為安裝了 ADS-B 設(shè)備的飛行中的民航飛機(jī)，大約 1 萬個(gè)航班，而一天的航班大約有十幾萬架次，飛機(jī)航線分布范圍廣，雷達(dá)較難安裝在全球如此廣泛的地方對(duì)民航飛機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測�；� ADS-B、多點(diǎn)定位技術(shù)（MLAT）和雷達(dá)的全球民航飛機(jī)監(jiān)控覆蓋的航線如圖 1.2 所示，圖片來源于Flightware 公司。

圖 1.2 基于 ADS-B、多點(diǎn)定位技術(shù)（MLAT）和雷達(dá)的全球民航飛機(jī)監(jiān)控覆蓋的航線。雷達(dá)可以監(jiān)控的航線范圍最小，ADS-B 系統(tǒng)可以檢測的航線范圍最大，基于多點(diǎn)定位技術(shù)的范圍介于雷達(dá)和 ADS-B 系統(tǒng)。由于雷達(dá)能探測監(jiān)控的區(qū)域有限，而全球航線較多，所以雷達(dá)探測監(jiān)控飛行中民航飛機(jī)的手段難以對(duì)全球所有航線區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控�；� ADS-B、多點(diǎn)定位技術(shù)和雷達(dá)的全球民航飛機(jī)監(jiān)控需要在民航飛機(jī)配合的情況下才能對(duì)民航飛機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。ADS-B 系統(tǒng)和雷達(dá)可以在全天時(shí)對(duì)民航飛機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，但是這些手段需要民航飛機(jī)的參與才可以對(duì)民航飛機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。為了能在民航飛機(jī)不參與的情況下對(duì)飛行民航飛機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，需要一種探測監(jiān)控手段能在全天時(shí)對(duì)所有民航飛機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。而星載光電探測手段能夠在民航飛機(jī)不參與的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)民航飛機(jī)的探測監(jiān)控，角分辨率小，能對(duì)民航飛機(jī)坐標(biāo)進(jìn)行有效探測[3]，星載光電探測設(shè)備能覆蓋較大范圍，所以星載

0.4-1.1μm 20nm 1.2mrad 650-700km 0.4-2.5μm 10nm 0.06mrad 0.4-2.5μm 10nm 10m 10km 0.45-0.95μm 5nm 100m 50km成像儀的發(fā)展看，主要是在可見近紅外波段短波紅，這是由于地球背景和大氣在可見近紅外波段和短球背景和大氣在中波波段和長波波段的特征較少，像儀的研究較少。但是民航飛機(jī)的尾焰和工業(yè)氣體，所以需要中波高光譜成像儀進(jìn)行探測。礦藏和地紅外高光譜對(duì)地球表面進(jìn)行探測。Army Research L譜成像儀如圖 1.3 所示[47]。雙波段高光譜成像儀可以波紅外波段進(jìn)行高光譜成像。

【相似文獻(xiàn)】

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6 葉珍;白t

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