基于辐射通量表观对比度光谱的红外预警卫星探测波段选择方法

选择合理的探测波段是设计红外预警卫星需要解决的重要问题.提出了一种基于点目标辐射通量表观对比度光谱确定红外预警卫星探测波段的方法.论文首先建立了较完善的火箭尾焰表观对比度光谱计算模型,进一步建模计算了典型液体和固体火箭尾焰在不同高度的红外辐射特性,使用通用大气辐射传输(CART)软件计算了典型大气条件下的地球/大气背景辐射以及不同高度处大气的透过率和路径辐射,在此基础上以典型液体和固体火箭为例,计算了尾焰在不同高度处的辐射通量表观对比度光谱.结果表明:不论液体还是固体火箭,在2.55~2.85μm和4.19~4.48μm波段的辐射通量表观对比度都比较大,红外预警卫星工作波段可以选为上述波段.     

轨控推进器喷管对尾焰红外辐射的影响研究

针对关于卫星推进器尾焰的红外特性研究较少的现状,对某双组元轨控推进器尾焰的红外辐射进行数值模拟.采用贴体坐标系下的有限体积法,联合求解较复杂形状的喷管扩张段和尾焰的辐射传递方程,得到尾焰的光谱和3～5μm的波段辐射强度.为精确计算尾焰的红外辐射,全面评估了喷管扩张段的辐射对后端尾焰红外辐射的影响.通过对比分析,当天顶角θ＝7π/16时,距离喷口的位置越近,尾焰辐射受到扩张段的影响越剧烈;若扩张段内壁的发射率减小,尾焰在θ＝7π/16方向上的波段辐射强度则会变小;喷口近处的尾焰,在扩张段辐射影响下,计算得到的波段辐射强度数值远大于忽略扩张段的影响下得到的数值.得出结论:在考虑喷管扩张段辐射的影响下,能够很好地改善轨控推进器尾焰红外辐射的计算准确性.     

卫星姿控推进器尾焰红外辐射的数值模拟

为全面了解卫星的红外辐射特性,需掌握卫星姿控推进器尾焰的红外辐射特性.按照先计算尾焰的流场、再计算尾焰的吸收系数、最后用有限体积法求解尾焰的红外辐射亮度的逻辑顺序,较完整地建立了卫星姿控推进器尾焰红外辐射的求解模型;根据该模型计算得到尾焰的辐射亮度,进一步求解获得了1000～4500cm-1内的光谱和波段辐射强度.通过...     

沙漠背景下导弹红外辐射特性分析

详细分析计算了沙漠环境中,能够对导弹红外辐射特性产生影响的太阳、云层、大气、沙漠地表以及沙尘等的辐射强度情况,重点研究了沙漠地表沙物质组成及沙尘环境对地表辐射强度的影响,并建立了导弹的蒙皮、尾喷口和尾焰的红外辐射强度计算模型,分析了在不同探测距离下,导弹在各红外波段的辐射强度随探测角度的变化情况,对计算结果进行分析并得出结论,尾焰是导弹最主要红外辐射源,且辐射主要集中在3~5?m波段,蒙皮辐射主要集中在8~12?m波段,随着探测距离的增加,到导弹的红外辐射特性衰减加剧。     

卫星观测火箭尾喷焰红外动态场景生成研究

建立了一种星载吸收波段红外传感器连续观测助推段火箭飞行的场景生成模型。提出了一种基于神经网络生成MODIS数据中第22、23波段高分辨率地表发射率图像的方法,生成了分辨率达到百米量级的地表发射率图像,并利用谱段关联计算了4.18~4.5 μm的地表光谱发射率;同时采用Runge-Kutta法生成火箭助推段的飞行轨迹,利用LOS方法计算尾喷焰气体的辐射传输,生成火箭尾喷焰图像。建立了尾喷焰、地表点和传感器的几何关系,对尾喷焰和背景投影成像,合成了卫星观测火箭尾喷焰的动态场景。对辐亮度图像序列进行分析发现,地面背景的辐亮度得到了压制,同时结合轨迹数据对不同时刻的目标辐亮度对比度和所占像元数进行了分析。此外,分析了不同场景下尾喷焰总辐射强度曲线的差异。结果表明,场景生成方法准确可靠,可为基于卫星图像序列的目标检测跟踪等研究提供数据基础和目标特性支撑。     

导弹主动段天基紫外探测像面照度建模与仿真

分析了导弹尾焰紫外辐射原理和能量传递方程,结合导弹主动段运动方程,建立了尾焰紫外辐射模型。考虑大气透过率和地球背景亮度的影响,得到导弹主动段尾焰紫外辐射与探测器像面辐照度关系。基于SBIRS-GEO 预警卫星的探测仿真,比较了不同探测波段下高、低弹道尾焰紫外辐射的像面辐照度变化。结果表明:紫外辐射在大气中的传输特性是影响像面辐照度变化的主要因素;相比于300~400 nm 波段,200~300 nm 波段可以提早发现目标、降低发现高度,更适宜作为探测波段。     

红外预警卫星直视地表波段选择及探测能力

建立了红外预警卫星直视地表（See-To-Ground,STG）波段探测能力计算模型,并仿真研究了STG最佳探测波段范围以及该波段在导弹预警中可能具备的能力。首先建立了固体、液体导弹尾焰红外辐射模型、地球/大气环境特性模型、点目标辐射通量表观对比度模型、预警卫星系统噪声模型和最低探测高度模型;其次,利用上述模型分析了固体和液体导弹尾焰的表观对比光谱分布规律,认为将STG波段选定为2.86~3.0 m最具合理性;然后,通过分析液体和固体导弹尾焰在该波段的表观对比度光谱随高度的变化规律,初步探讨了STG波段的导弹探测能力;最后,通过分析不同条件下预警卫星对导弹的首次探测高度,系统研究了SBIRS-GEO预警卫星在STG波段的探测能力。研究结果表明:STG波段对固体导弹则具有较强的早期预警能力,而对液体导弹的早期预警能力则相对较弱。     

导弹预警卫星探测原理及其攻防技术探讨

导弹预警卫星通过对弹道导弹尾焰红外辐射的探测实现主动段对弹道导弹的跟踪预警。从大气吸收的角度出发，对导弹红外预警卫星的探测原理进行了研究，通过计算说明了卫星对导弹尾焰进行红外探测的波段选择依据，并从探测距离上对该红外预警卫星的探测能力进行了建模研究。探讨了对光学探测卫星实施干扰时需要解决的问题以及卫星可能采取的防护方法。     

飞行器尾焰红外辐射及其被动测距

旨在研究利用飞行器的尾焰辐射对飞行器进行被动测距。导弹和飞机发动机的排气系统是飞机在3~5 m波段的主要红外辐射源。建模计算了矩形喷管尾焰红外辐射特性,计算结果表明,不管观察方向如何,尾焰红外辐射强度色比是相同的。当辐射强度色比在大气中传输时,因为吸收和散射而被衰减,不同波长上红外辐射衰减幅度不同,辐射强度色比随着传输距离的改变而发生变化,色比包含了目标的距离信息。推导了目标尾焰色比与尾焰温度、辐射传输距离、大气消光系数之间的关系。计算了尾焰色比与尾焰温度的关系,推导出了红外三色比距离方程组,选取4.5、4.6、4.7 m三个波长对三色被动测距进行了研究。利用测距方程组画出了测距图。结果表明,利用该方法可对尾焰进行三色测距。     

来流导致的火箭发动机喷焰红外辐射强度不确定度量化分析

在火箭发动机喷焰红外辐射预测过程中,由于弹道参数的不确定性因素存在,会影响喷焰红外辐射信号计算结果的置信度。文中以Atlas-IIA低空喷焰为研究对象,以来流速度、来流温度、来流压力和飞行攻角为不确定性输入变量,采用拉丁超立方试验设计样本,开展喷焰反应流场与红外辐射特性计算,获得各样本点对应的喷焰红外辐射响应值,利用非嵌入混沌多项式(No-intrusive Polynomial Chaos, NIPC)方法构建代理模型,采用响应面法求解NIPC多项式系数,基于统计参量研究各参量对红外辐射信号的不确定度和敏感性。结果表明来流特性引起的辐射强度不确定度与波段的选取有较高的关联度。来流速度对光谱辐射强度的灵敏程度最高,来流压力和攻角次之,来流温度的影响可忽略不计;来流速度对2.5～3.2、2.8～3.0μm谱带内的辐射强度敏感,主Sobol指数占比均在80%左右,来流压力对4.35～4.65μm波段辐射强度的影响占比为70%;各参数间的耦合作用对喷焰红外辐射的影响不高于4%。该研究可为火箭发动机尾喷焰红外辐射准确预估和置信度评估提供理论支撑。     

红外预警卫星探测波段地球背景辐射仿真研究

针对红外预警卫星探测波段遥感数据难以获取的问题,研究了基于地表温度反演的红外预警卫星探测波段地球背景辐射仿真方法。采用了通用型单通道算法对FY-3/MERSI数据集进行地表温度反演,得到了全球地表温度分布图。在此基础上,构建了地表红外辐射模型,充分考虑了海拔、大气模式、地表类型等因素对地表辐射的影响,利用MATLAB与MODTRAN进行联合编程完成每个像元对应的地表辐射计算,实现了红外预警卫星探测波段地球背景辐射场景的图像生成。仿真结果表明:仿真图像分辨率高,能够准确反映红外预警卫星探测波段的地球背景辐射特性,可为研究红外预警卫星作战效能评估和目标识别技术提供场景数据支撑。     

图像的快速亚像素边缘检测方法

提出了一种新型的测量图像快速亚像素边缘检测方法。首先,利用标准的Sobel算子进行边缘点的粗定位,确定边缘点的像素级精度位置和边缘的方向;然后,沿边缘点的边缘方向拓展像素,得到长度为6的像素灰度值向量,将向量带人利用最小二乘曲线拟合方法得出的公式,求出边缘点的精确位置,从而能够实现亚像素边缘定位精度。实验证明：该方法的定位精度为0．1pixels,算法的运行时间为0．53s。     

基于Landsat-8陆地卫星数据的火点检测方法研究

传统的火点检测算法通常利用高温地物在中红外波段或热红外波段的高发射率特性来提取火点, 然而受制于影像空间分辨率的限制如MODIS、AVHRR等, 使得很多小规模火情现象被漏检.研究发现短波红外数据也同样能被用于高温地物的识别和检测, 并且相较于热红外波段数据对低温和高温地物的区分度更大, 在精确识别和定位高温目标方面更加准确.文章利用空间分辨率为30米的Landsat-8 OLI传感器数据, 根据高温火点在近红外及短波红外波段的波谱特性, 利用改进的归一化燃烧指数(NBRS)结果自适应地确定阈值来提取疑似火点, 然后再利用高温火点在短波红外的峰值关系进行误检点剔除, 从而得到最终的火点产品.提出的算法能检测到所占像元面积10%左右的火点, 并能够有效地排除云层及建筑物的干扰, 在保证较低漏检率的同时还能达到90%左右的准确率, 相比于传统算法的火点提取精度有很大的提高.     

A 375 /spl times/ 365 high-speed 3-D range-finding image sensor using row-parallel search architecture and multisampling technique

A high-speed three-dimensional (3-D) image sensor for a 1000 range maps/s 3-D measurement system based on a light-section method is presented. It employs a row-parallel search architecture to achieve a high-speed frame access rate for the detection of activated pixels on the focal plane. The row-parallel search operation is carried out using chained search circuits embedded in a pixel. Moreover, we propose a row-parallel address acquisition technique using a bit-streamed column address flow. Row-parallel processors receive the bit-streamed column address and calculate the center position of activated pixels. The pipelined operations enable a multisampling technique that improves the resolution of pixel detection. A 375 /spl times/ 365 3-D image sensor using the present architecture has been designed in a one-poly five-metal 0.18-/spl mu/m standard CMOS process and successfully tested. It attains a frame access rate of 394.5 kHz with four samplings, which corresponds to 1052 range maps/s. The multisampling operation improves the sub-pixel resolution to around 0.2 pixels and achieves a range accuracy of less than 1.10 mm at a target distance of 600 mm.     

基于FY-3D/MERSI-II远红外数据的火情监测研究

风云三号D极轨气象卫星中分辨率成像光谱仪(FY-3D/MERSI-Ⅱ)具有250 m分辨率的10. 8μm和12μm波长的远红外通道,为气象卫星遥感火情应用提供更为丰富的数据源。文章研究了FY-3D/MERSI-Ⅱ的10. 8μm远红外通道监测火情的特点,10. 8μm远红外通道虽在光谱方面对高温热源探测灵敏度不如FY-3D/MERSI-Ⅱ的3. 8μm中红外通道,但由于空间分辨率较1 km分辨率的中红外通道高4倍,因而对较大的火点有明显反映,火点探测能力较1 km分辨率远红外通道有明显提高。利用混合像元线性波谱分离方法计算,对于平均温度为750 K,面积400 m^2的明火区,在1 km分辨率远红外通道像元引起的亮温增量约0. 47 K,而在250 m分辨率远红外通道像元引起的亮温增量约为7. 30 K,可与周边背景像元亮温形成较明显差异。利用1 km分辨率的中红外通道判识火点范围,利用250 m分辨率的远红外通道进一步确定明火区位置,可将火点定位精度从公里级提高到百米级。利用该方法开展了森林草原火灾应用实例分析,基于250 m分辨率远红外通道确定的火点位置与实地考察信息吻合较好,说明了提出方法的有效性。多个应用实例表明,在反映大范围火场中较强火势区域位置和草原火灾明火线分布等方面,FY-3D/MERSI-Ⅱ远红外通道较中红外通道具有明显优势,可以更加精细化和准确的反映火情的空间分布,在火情监测方面具有实际应用价值。     

Sub-pixel non-parametric PSF estimation for image enhancement

Applying standard resolution enhancement and sub-pixel measurement techniques to an imaging system is problematic when the system characteristics are not known. The importance of precise system characterisation is often underestimated in resolution enhancement and sub-pixel measurement. The methods presented allow accurate sub-pixel measurements of system characteristics to be made with minimal assumptions. The nondeveloped parametric technique developed accurately characterises the properties of an imaging system. This is demonstrated by measuring the point spread function (PSF), along with static and dynamic distortions, for a high precision thermal imaging system to sub-pixel accuracy. The PSF is estimated to ±0.1 of a pixel and imaging system errors to the order of ±0.1 of a pixel are identified. The improved precision of PSF estimation is shown to benefit resolution enhancement. A novel feature of the method used to estimate the PSF (and to enhance the image) is that the estimation of the spatially invariant subpixel pixel PSF and of geometric distortion are performed independently     

低轨红外探测卫星对大气层内高动态目标的探测能力研究

对大气背景进行了分析,并经计算得到了不同俯仰角下的大气辐射强度和大气透过率;通过分析大气层内高动态目标的辐射原理,给出了高温气体影响下的目标红外特性的计算模型,并给出了不同波段的目标红外辐射强度的计算结果;根据计算公式得到了信杂比和探测距离,并对其进行了分析,最后得出了探测能力有限的结论.     

基于模糊中值的IRFPA自适应盲元检测与补偿

红外焦平面阵列(IRFPA)的盲元既包括因材料与制造工艺的缺陷而导致的固定盲元,也包括因环境温度的漂移而出现的随机盲元.基于场景的盲元检测与补偿算法是去除这两种盲元,提高IRFPA 成像质量的有效手段.针对目前滤波类场景检测算法无法有效区分弱小点目标和随机盲元的缺陷,重点研究了随机盲元的响应特性和噪声特性,并提出了一种基于模糊中值与时域累积的盲元自适应检测与补偿算法.首先利用模糊中值滤波器从场景中提取出潜在的盲元,并通过多帧累积确定固定盲元和随机盲元的正确分布,最后对盲元进行实时补偿.实验结果证明:该算法可以有效地实现对盲元的校正,同时避免对弱小点目标的误判别.     

基于CCD标定的微像素精度图像定位技术

基于光电成像器件CCD的点目标定位技术被广泛运用于天文定位、侦察等民用及军用方面。传统点目标定位精度一般为亚像素级,受CCD自身成像误差限制,目标定位精度难以大幅提高。提出通过干涉条纹对CCD进行标定,从而得到CCD频域像素响应函数的精确表达式,由此重构高质量的目标入射光场图像,进而提高光电成像系统对点目标定位的精度。首先建立了干涉条纹标定CCD及目标光场图像重构的理想模型,并通过仿真验证了点目标图像重构效果以及最终点目标的定位精度。仿真结果表明,经干涉条纹标定CCD后,重构的目标光场图像质量得到大幅度的提升,接近于CCD像面前入射光场图像,通过高斯曲面拟合得到点目标形心坐标及其微位移的提取精度均达微像素级别,相比于传统的亚像素定位,定位精度得到了大幅度的提高。     

室温核辐射CdZnTe像素探测器的研制

采用布里奇曼法生长的CdZnTe(CZT)单晶,制成室温核辐射像素探测器.首先通过红外透过显微(IRTM)成像、电阻率测量以及单元探测器能谱响应测试等手段,综合评定了探测器用CZT晶体的质量,结果表明,晶片富Te相密度为28.43 mm-2且尺寸分布较均匀,电阻率为1010 Ω·cm;电子迁移率寿命积为1.07×10-...