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.     

星下目标的光谱反射特性分析及云层的自动识别

本文着重讨论了遥感数据的实时分类和星载相机快门的自动关启问题.首先建立了计算各类目标景象亮度的物理模型,分析了大气等因素对遥感数据的影响及各类自然目标的光谱反射特性,计算了三十四种目标在九种大气条件下的亮度值.进而提出了识别植被、土壤、水、冰雪和云等五类目标的最佳波段和分类函数及分类流程图,得到了很高的分类精度.然后又特别讨论了云层和所有非云目标(包括混合目标)的分类问题,并用密度计测量了十张MSS卫星图片上的180个目标的亮度值.最后提出了云层开关的实现途径和系统设计的基本思想.      

巡航导弹红外辐射及大气衰减计算模型

对巡航导弹3个主要辐射源:蒙皮、尾喷管及羽流进行了深入分析,建立了巡航导弹红外辐射计算模型.此外,在红外辐射的大气传输理论基础上,综合考虑高度、倾斜及气象条件等各种因素,分析了大气衰减对红外辐射的影响,建立了大气透过率的理论模型与计算方法.最后,以某型号巡航导弹为例,利用此模型计算了3~5μm和8~12μm两个波段的红外辐射强度、大气光谱透过率和平均透过率,以及经过大气衰减后的红外辐射强度,并对计算结果进行了分析.结果表明,这是一种计算巡航导弹红外辐射的简单方法.      

利用6S进行月光条件下遥感器信号模拟研究

以太阳为光源的卫星遥感器,可以采用6S或MODTRAN等辐射传输计算软件对其入瞳处的辐亮度进行计算。而在微光或月光条件下,遥感器是对观测目标反射的月亮辐射进行遥感观测,因此在进行辐射传输计算时需要代入月球的辐照度数据。可以利用已公布的月球表面反射率和已知的大气层外太阳辐照度来计算月球辐照度,并对6S辐射传输计算进行适当的修改进行计算。通过对月球辐照度计算原理进行了详细的描述并计算得到了波长在0.250μm~1.500μm范围内的月球表面辐照度,并给出了一个宽波段遥感器的微光动态范围。     

高光谱遥感地形影响建模与仿真

针对地形起伏对高光谱遥感图像几何变形和辐射变化的影响,建立高光谱遥感地形影响模型.该模型利用传感器位置、姿态和视场角建立模拟图像像元坐标和地面空间坐标之间的成像几何关系,利用地表反射率、数字高程模型等数据,考虑大气辐射传输过程,计算起伏地形下传感器入瞳辐亮度图像,并经过空间分辨率转换,生成最终遥感模拟图像,实现高光谱遥感地形影响精确建模.利用西藏驱龙地区Hyperion数据和其它相关数据进行仿真分析,将模拟图像和原始图像进行对比,结果比较吻合,表明该模型具有较好的模拟效果.     

多光谱遥感数据之相关性

多光谱遥感比单波段或全色遥感具有优越性,因为它能提供更多的信息,有利于识别一些类似的目标。但是,多光谱遥感数据在不同波段之间存在着相关性,减少了它理论上可能提供的信息量。本文讨论了计算多光谱遥感数据相关性的一般方法。分析结果表明,当所需遥感辨别的目标种类较少时,每个波段的数据的概率分布函数是不知的,且与波长有关。此时,相关函数并无规律性,随不同的波段而变。当所需遥感辨别的目标种类足够多时,任何波段的数据的概率分布均趋向于正态分布,规范化的平均光谱函数h(λ)趋向于平稳过程的形式,而相关函数趋向于单调下降,且仅与波段间隔距离有关。本文中举了两个例子,一个是对不同水质遥感辨别的问题,另一个是假设的增加一些目标种类的问题,以作对前一例子的对比。计算结果说明前述有关相关函数性质的论点是正确的。本文也对由于多光谱遥感数据中存在的相关性而带来遥感系统设计的问题,以及利用这种相关性改善遥感系统性能的可能性,做了简短的论述。     

K波段微波高光谱辐射计的晴空定标方法

K波段微波高光谱辐射计应用于大气探测方向,能够减少地表至对流层内的大气廓线误差和提高廓线的垂直分辨率.针对平均辐射温度在宽大气频谱和不同天空仰角下存在浮动的问题,结合所统计的北京地区往年廓线数据和晴空条件下的Liebe大气吸收模型（1993）,提出了一种微波高光谱下改进的晴空定标方法.相比于传统的晴空定标方法,该方法利用先验的气象数据对定标过程进行优化计算,有利于提高平均辐射温度的预测精度.误差分析结果表明当K波段微波高光谱辐射计采用改进的晴空定标方法时,能够有效减少平均辐射温度对其定标误差的影响.      

空间TDICCD相机动态信噪比计算方法研究

信噪比是空间光学相机系统的主要设计指标之一,可用于表征相机的辐射性能。文章通过建立遥感卫星轨道模型,分析计算一年中任意时刻用太阳高度角和卫星观测角描述太阳、卫星、地面目标点之间的相对位置关系,并将计算得到的卫星观测角和太阳高度角等参数导入大气传输软件MODTRAN,输出在相机入瞳处的地面目标光谱辐亮度,再根据信噪比的计算方法,最后完成TDICCD相机动态的信噪比计算值。通过该方法,可以计算任一时刻任一观测目标的信噪比,这将有利于判断在某一时刻的能量是否满足观测要求,以随时改变TDICCD的探测器级数,使得成像像质达到最佳。     

太阳活动对EUV辐射在大气中吸收过程的影响

本文利用A-E卫星在太阳活动21周峰年间观测到的EUV辐射资料,高层大气成分的吸收截面,以及MSIS-86热层大气模式,研究了EUV辐射在大气中的吸收过程;在透射比为1/e和0.1/100时分别计算了透射高度随波长及太阳活动的变化。在波长范围50—1050内对37个波段分别求出了透射高度随太阳天顶角的变化。结果表明,当太阳活动增强时各波段的透射高度均升高,而且透射比越大则透射高度随太阳活动的变化也越剧烈。当透射比为一定时,太阳天顶角越大则透射高度随太阳活动的变化也越大。除此之外还存在一个相反效应,即太阳活动会使Chapman函数变小,这反过来又促使透射高度降低。这两种效应的综合作用结果可较好地解释某些电离层观测中的日没效应。     

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.      

基于CO2测量数据的大气辐射传输模型LBLRTM优化

根据TIMED/SABER 2002—2018年的CO₂观测数据,分析CO₂浓度的变化特征.依据变化特征给出了CO₂浓度随时间、高度、纬度变化的月平均拟合公式,利用非线性最小二乘拟合法,对不同高度和不同纬度的CO₂浓度数据分别进行拟合,生成相应的拟合参数.然后,将所有拟合参数汇总并生成拟合参数文件,结合拟合公式构建全球CO₂浓度经验计算模块,并将该模块应用到大气辐射传输模型LBLRTM中,对该模型进行优化.将优化前与优化后的LBLRTM模型模拟结果分别与TIMED/SABER观测数据进行比较发现,优化前的LBLRTM模型模拟结果与观测值的均方根误差为15.4%,而优化后的LBLRTM模型模拟结果与观测值的均方根误差由15.4%下降至8.91%.结果表明该优化方法可以提高LBLRTM模型在红外波段的辐射模拟精度.      

三层月壤模型的多通道微波辐射模拟与月壤厚度的反演

由月球表面数字高程试验性地构造了整个月球表面月壤厚度的分布.根据Clementine探月卫星的紫外-可见光光学数据,计算了整个月球表面月壤中FeO+TiO2含量分布,给出了整个月球表面月壤介电常数分布.由月球表层温度的观测结果以及月壤的导热特性,给出了月尘层与月壤层温度随纬度分布的经验公式.在这些条件的基础上,建立了月尘、月壤、月岩三层微波热辐射模型.由起伏逸散定理,模拟计算了该月球模型多通道辐射亮度温度.然后,以此辐射亮度温度模拟加随机噪声为理论观测值,按三层模型提出了月壤层厚度反演方法.由于高频通道穿透深度小,由高频通道的辐射亮度温度按照两层月尘-月壤微波热辐射模型反演月尘层与月壤层的物理温度,再由穿透深度较大的低频通道辐射亮度温度反演月壤层厚度.对于反演的相对误差也进行了讨论.      

临近空间太阳紫外辐射环境模拟与地区差异

太阳紫外辐射是临近空间能量输入的主要来源之一,对其在中层大气的辐射特性进行研究,是研究临近空间大气成分与密度变化、光化学反应以及动力学过程的重要基础。依托“鸿鹄”临近空间探测专项计划,利用MODTRAN5辐射传输模型及卫星实测数据,模拟并对比中国11个主要地形区上空临近空间（20~50 km）紫外辐射（200~400 nm）垂直分布和季节演变的异同,计算了臭氧含量、太阳天顶角和日地距离等关键因素对辐射强度的影响。结果表明,各地形区的辐射流量垂直分布廓线和年较差垂直分布廓线较为一致,在地理位置上毗邻的地区辐射特性及季节演变较为接近,但在太阳紫外的不同波段之间区别较大。研究成果为临近空间探测实验提供了数据支撑,为大气反演等相关领域提供参考。      

氧气A(0,0)波段气辉体发射率和临边辐射强度模拟与分析

临近空间大气参数如温度、密度、风场等对预报模型精度及航天器运行安全等有较大的影响,而气辉的辐射模拟是大气参数反演的重要过程.本文基于光化学模型计算了氧气A（0,0）波段气辉的体发射率和临边辐射强度.基于氧气A（0,0）波段气辉的光化学反应机制、大气动力学和光化学反应理论,建立产生O₂（b1Σ_g+）的光化学模型.计算气辉体发射率,基于临边探测几何路径进行气辉辐射强度模拟.体发射率计算结果与AURIC模型结果的辐射值及辐射高度均一致.基于计算和模拟结果,对氧气A波段气辉体发射率和辐射强度的影响因素进行了分析.      

液体火箭喷焰红外特性的数值仿真

用传输方程积分法计算液体火箭喷焰在光谱2~5?μm的红外特性,并考虑了经过海平面一定长度的水平路程后大气对液体火箭喷焰辐射的衰减作用.计算喷焰的形状为圆柱形,温度和组分的摩尔分数沿轴向和径向变化.计算中考虑气体组分H₂O,CO₂,CO的吸收与发射,喷焰内燃气的光谱透过率用SLG模型计算,大气的光谱透过率用LOWTRAN7.0计算.给出一台推力为1.125×10⁶N的液体火箭发动机喷焰表面以及经过海平面0.88?km水平路程大气衰减后的光谱辐射强度,经比较与参考文献给出的结果基本一致.     

太阳极紫外辐射对热层大气密度的影响

对2001-2021年SOHO卫星的极紫外辐射测量数据,以及CHAMP,GRACE-A和SWARM-C卫星资料推导出的高分辨率大气密度数据进行统计分析,发现大气密度与极紫外测量值的相关系数大于密度与F10.7指数的相关系数,证实极紫外辐射在不同地方时的影响程度存在显著差异,从而驱动大气密度的周日变化。利用三颗卫星的高度差异揭示极紫外辐射对大气密度的加热效应在350～500 km范围随着高度增加而减弱。统计得到极紫外辐射影响在地方时和纬度上的空间差异：对夏季半球的影响大于冬季半球;在白天,对中纬度地区的影响高于赤道和高纬度地区;在夜间,密度对辐射的斜率在夏季半球高纬度地区存在峰值,在冬季半球中纬度存在谷值,模型DTM2000和NRLMSISE00未能准确刻画。为了改进经验模型,提出基于球谐函数的拟合方法,优于主流模型周日效应采用的表达式,对周日效应建模和修正提供有益借鉴。利用昼夜间能量传输和热层大气经向环流机制探讨了统计结果的物理机制。     

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.     

多光谱遥感之最佳波段选择

本文提出一种以提供最大信息量为准则的最佳遥感波段选择方法.由于不同波段信号之间存在较强的相关性, 因此本方法从地面主要目标的光谱特性出发, 计算出所有可能使用波段之间的全部相关系数.假设信号是近似正态分布的, 就可以从相关矩阵的行列式计算出每个波段的条件信息量.比较各种可能波段组合的信息量, 就可以找出最佳的波段组合.文中也介绍了一种比较简单的方法, 可以得到“准最佳”的波段选择.最后, 对遥感卫星设计时遥感波段的选择问题做了一些探讨.      

八毫米无源跟踪式全功率遥感辐射计的研制和校准

本文讨论了一种适用于研究地面物体的微波辐射特性和对运动目标进行跟踪制导或自动成像系统的八毫米波段无源全功率式遥感辐射计的研制和设计。该辐射计的增益稳定性可以得到显著改善,其灵敏度可以大大得到提高,致使可以与以往常用的各种型式的迪克(DICKE)开关式辐射计相媲美。辐射计的可测亮度温度的动态范围在300K至20K之间。当辐射计系统终端积分时间常数为1.5毫秒时,输出噪声起伏的均方根值优于1.3K。同时,它还具有设计简单、体积小、重量轻、成本低、易于全集成化、坚固可靠等优点,这是其它型式的辐射计所不能及的。最后介绍了我们研制和设计的八毫米无源跟踪式全功率遥感辐射计的主要技术指标的测量结果和用液氮冷却低温标准噪声源的校准定标方法。大量的测量结果数据是通过辐射计终端配备的微型计算机来进行数据收集和处理的。     

基于上层大气数值模型的X射线传输特性

核爆炸的大部分能量是以X射线形式释放的，研究X射线辐射特性对于天基核爆事件监测，当量反演都具有一定参考价值。根据核爆炸X射线能谱特性，构建了黑体辐射模型；根据NRLMSIS大气模型成分数据和高度密度数据，构建大气分层数值模型，并结合NIST数据库，构建分层大气质量吸收系数模型，提高了大气模型与大气质量吸收系数模型准确度。使用数值模拟程序对X射线在大气中的传输特性进行研究，模拟在临近空间高度核爆炸产生的X射线经过大气吸收后的能谱特性以及不同海拔高度点位的能注量。结果表明，在检测点高度恒定的情况下，斜径角变小会增大X射线传输路径，X射线经过的大气吸收路径越长，能谱峰值越往高能处偏移。在相同高度下，爆炸点的正上方处能注量最大，其他位置随着斜径角减小能注量呈指数级衰减。