太阳同步轨道卫星光学特性

为了分析太阳同步轨道卫星的光学特性,对FY-1卫星的可见光和红外波段光学信号进行了仿真计算和模拟试验验证.通过对外部辐射及内部热源的分析,计算了卫星的温度场,采用随机起伏表面算法模拟表面覆盖材料外表面,通过阴影遮挡判断及双向反射分布函数(BRDF, Bi-directional Reflectance Distribution Function)模型计算卫星对外部辐射的反射特性,编程计算得到在可见光0.4~1.0μm和红外8~14 μm,14~16 μm波段下卫星的光学特性.结果表明红外辐射亮度与表面温度相关,8~14 μm最大约90 W/(m²·sr)、14~16 μm最大约20 W/(m²·sr).空间可见光辐射强度具有明显的镜面反射效应,卫星主体峰值2 200 W/sr.通过地面模拟测量空间目标的温度和红外辐射验证了温度及红外辐射仿真计算模型,可见光辐射强度仿真计算结果与地面模型卫星测量结果误差在20%以内.     

OpenGL在红外辐射计算中的应用

提出一种将OpenGL应用在目标红外辐射特性计算中,从而实现目标红外辐射特性可视化计算的方法.由于OpenGL可用于构造三维模型,进行三维图形交互软件的开发;因而将其引入红外辐射特性计算中可解决复杂目标计算问题,而且图形硬件的消隐能力避免了遮挡计算并使计算以所见即所得的方式实现可视化.针对目标红外辐射特性中的自身辐射和目标对太阳光的反射部分,分别运用光照模型中发射光和漫反射的特性,以像素的颜色获取温度参数和法矢从而实现可视化计算.用一个简单标准体模型进行验证,计算结果表明了该方法的有效性和可行性.     

复杂背景红外成像系统作用距离估算方法

传统红外成像系统作用距离模型只有在背景单一不变的条件下有效,引入概率分布的思想对传统作用距离方程进行了改进,将方程中的作用距离和背景红外辐射亮度由变量更换为向量,向量维数由背景红外图像的灰度值分布确定.改进后的作用距离模型将应用条件拓展到任意背景,打破了传统模型对背景条件的局限.针对作用距离计算过程中复杂背景红外辐射亮度难以获取的问题,提出建立红外成像系统的亮度-灰度函数,通过背景的红外图像灰度信息计算其红外辐射亮度的方法.计算实例表明,该模型能够解决复杂背景下红外成像系统作用距离的估算问题.     

复杂背景下红外点目标探测概率估算

红外成像系统对点目标的探测概率在实际应用中往往受到复杂背景的极大影响,而现有的计算方法并不能适用于复杂背景下的探测概率估算.首先从红外成像系统对点目标的作用距离模型出发,分析了探测概率与信噪比、作用距离的关系,推导出单一背景下红外点目标的探测概率估算方法;然后,利用红外成像系统的亮度-灰度函数,通过背景的红外图像灰度信息计算得到其红外辐射亮度;最后,引入概率统计的思想对单一背景下探测概率的估算方法进行了改进,提出了复杂背景下红外点目标探测概率的估算方法.实验结果表明:该估算方法可以有效评估实际应用中典型复杂背景对红外成像系统的点目标探测概率的影响.      

空间目标红外特征仿真模型

建立了一种基于三维场景的空间目标红外辐射特征计算模型.模型对多层介质目标进行几何建模与三维剖分,考虑目标微动时太阳和地球对目标加热的影响,计算了目标外表面的辐射散热及内腔壁面元间的辐射换热,在此基础上完成目标的三维导热计算,利用Gauss-Seidel迭代法求解微元体的温度,进而计算了中长波和长波红外波段目标自身的辐射、对外热源的反射以及总的辐射亮度图像和辐射强度曲线.研究表明,无自旋的目标在圆周方向受太阳加热不均,温差显著;自旋使目标圆周方向温差减小,温度分布趋于均匀.     

飞机红外辐射及大气透过率计算方法

研究了飞机目标的红外辐射特性,以及红外辐射在大气中的辐射衰减特性.根据现有的理论基础以及飞机自身结构特性,将飞机的红外辐射源分为蒙皮、尾喷口和羽流3部分,并提出了3个辐射源在不同波段、不同角度下的红外辐射特性计算方法.根据红外辐射的大气传输特性,采用了不同波长、不同弹目距离下的大气透过率简易计算方法,并将其与Lowtran7进行比较.计算了飞机在不同波段下,经大气衰减后,最终到达红外探测器的辐射强度.     

红外窗口材料的热辐射特性测量方法

飞行器在大气层内高超声速飞行时,高温窗口迅速成为气动热辐射效应的主要因素,气动热辐射效应会降低甚至破坏红外(IR)探测系统的性能.通过分析红外探测窗口热辐射传输特性,提出一种红外窗口材料的热辐射特性测量方法,并测量了应用于中波红外(MWIR)探测系统的某蓝宝石红外窗口材料在高温状态下的透过率和自身辐射等热辐射数据.结果表明:在100~350℃范围内,0.1mm厚蓝宝石材料薄层在中波红外3.7~4.8μm波段的热辐射特性与温度近似呈3次方关系,温度越高,蓝宝石透过率越小,自身辐射越大.强烈的自身辐射极易导致红外探测器局部饱和现象,对探测系统造成的影响比透过率引起的信噪比(SNR)下降要大得多.      

微射流强化混合对喷流红外辐射特性的影响

计算了微射流强化混合喷流在3~5μm波段的红外辐射特性,并与无微射流强化混合的喷流红外辐射特性进行了比较,分析了微射流强化混合对喷流红外辐射特性的影响.喷流的流场及温度场结果采用有限体积法求解N-S方程得到,采用Tam-Thies湍流模型模拟喷流.红外辐射特性的计算采用有限体积法求解吸收-发射性介质条件下的三维辐射传输方程得到.计算结果表明,在中等亚音速条件下,微射流可以达到较好的强化混合效果,射流流量占主流流量1%时,喷流的红外辐射强度比基准喷流的红外辐射强度降低15%左右,射流流量达到主流流量的3%时,喷流的红外辐射强度可以降低27%左右.     

飞行弹丸红外特性的地面模拟试验

设计并建立了用于飞行弹丸中段飞行状态实验室模拟的试验系统,测量获得了飞行弹丸的红外辐射特性.基于传热与辐射理论,分析了相关参数对实验结果的影响,获得飞行弹丸在一定飞行状态下的辐射特性变化规律.目标的初始温度和辐照条件是影响目标辐射特性的主要因素,自旋状态影响辐射特性的空间分布.试验测量与数值仿真和理论分析结果均具有很好的一致性,证明在实验室开展飞行弹丸的红外辐射特性模拟试验具有可行性.     

基于帧间特征点匹配的红外弱小目标检测

高空下、视复杂背景下弱小目标的检测一直是红外弱小目标跟踪的难点,提出了一种基于帧间特征点匹配的红外弱小目标检测的方法,将复杂背景下的动态弱小目标检测问题看作是帧间复杂背景的运动估计补偿问题,消除了背景杂波对红外目标的影响,进而达到了抑制背景的目的。做出了该算法与现在常用的频域高通滤波、形态学Top-hat滤波两种小目标检测算法的对比,并将目标局部信杂比和目标检测的虚警率作为算法的有效性评价指标。试验结果表明,通过准确的地补偿复杂背景的帧间位移量,再结合帧间差分的方式,后红外弱小目标检测的信杂比提升了2倍以上,检测得到的虚警率低于20%。     

近地空间短波红外恒星探测信噪比分析方法

针对星敏感器在近地空间导航应用需求,开展了短波红外恒星探测信噪比分析方法研究。基于恒星目标与天空背景辐射特性,构建了恒星探测信噪比模型,并结合光学系统及图像传感器参数完成了仿真试验。结果表明,同一星等及太阳天顶角下,Ks波段下的恒星探测信噪比最大,H波段次之,J波段最小;同一太阳天顶角及波段下,星等越小,恒星探测信噪比越大;同一星等及波长下,太阳天顶角越大,即恒星与太阳之间角距越大,恒星探测信噪比越大。本文可为新一代近地空间全天时星敏感器系统的方案设计、指标论证、评估应用提供可靠的理论方法与技术支持。     

基于Pos-FCN的红外图像背景抑制方法

红外图像背景抑制可以为红外目标检测识别任务提供支撑。在实际的应用场景中,红外图像中的目标多为弱小目标,其特征不明显,一般背景抑制算法难以将其从背景中分离,而达不到背景抑制的最佳效果。针对上述问题,提出使用Pos-FCN网络实现红外图像背景抑制的方法,该方法使用特征卷积结构,依靠高分辨网络结构获取弱小目标的特征信息,通过大尺寸卷积特征图的前向传播方式实现了高维度特征中弱小目标信息的保留,使用卷积降采样特征提取和上采样图像恢复方式实现了端到端的处理,并在前置训练阶段引入了位置信息强化网络骨干特征提取效果。结果表明,该方法处理后的红外图像中信杂比提高至3.877,对比度提高至0.297,检测率达到了93.6%,因此,该方法可以实现良好的背景抑制效果。     

武装直升机红外隐身系统研究

根据武装直升机在执行作战任务时所面临的战场环境,明确了红外隐身时重点考虑红外制导导弹的威胁,介绍了红外制导的方式及发展趋势,导出了导弹在点源制导和成像制导两种情况下作用距离的计算公式,论述了获得武装直升机红外辐射特性的理论分析计算和飞行测量两种途径,通过算例研究辐射强度和温差对导弹作用距离的影响,并对红外抑制效果与途径进行分析.      

一种红外小目标图像质量的评定方法

提出了一个新的红外小目标图像质量评定标准——背景干扰程度,定义了"目标混淆度"和"目标遮隐度"两个指标,它们分别体现了背景噪声引入虚警的能力和背景噪声遮隐目标的能力,设计实现了利用两个指标对背景干扰程度的定量描述.实验证明,与传统的小目标图像评定标准信噪比相比,利用该标准评定的结果与实际情况更加符合,更准确地描述了研究者所关心的检测识别目标难易程度的信息,同时,该标准对于无目标信息情况下小目标图像的质量评定也是有意义的.      

卫星红外辐射场理论模拟

在红外辐射场理论建模通用框架研究成果的基础上,对卫星的几何构型进行建模;通过背景辐射的非均匀化考虑,根据相应的物理模型对卫星温度场和红外辐射场进行了模拟计算,得到了卫星外表温度场和红外辐射场分布。     

基于双响应波段工作的红外热像仪测温原理与误差分析

为了提高红外热像仪测温的准确性,根据红外辐射理论,从红外热像仪的测温原理出发,分析了基于双响应工作波段的热像仪的测温原理,得出了目标物体的发射率、物体温度计算公式以及相应误差的估算公式,分析了各影响因素对热像仪测量准确度的影响,提供了一种目标物体发射率的测定方法,对利用红外热像仪准确测量内燃机等热能机械表面温度具有重要的意义。