天空背景红外辐射亮度测量及其对目标探测的影响分析

天空背景的红外辐射特征对目标侦察探测具有重要意义。利用3μm~5μm中波、8μm~12μm长波红外测量设备对天空背景红外辐射亮度进行了测量,长波波段辐射亮度在3.7~13.6 W?m-2?sr-1,中波波段辐射亮度在0.05~0.48 W?m-2?sr-1,相同条件长波辐射亮度高于中波辐射亮度1~2个数量级;随着观测角增大,天空背景辐射亮度显著降低,同时太阳辐射、大气温度等因素也对天空背景辐射有较大的影响。利用测量结果仿真分析了天空背景辐射对目标侦察探测距离的影响,结果表明当观测角由9.6°降低到1.9°时,红外搜索跟踪系统探测距离会减少41.5%~46.2%。     

某喷气发动机尾焰的中长波红外辐射分析和比较

利用中波红外和长波红外热像仪对某型 喷气飞机发动机尾焰的红外辐射特性进行了测量,得到了3～5 μm 和8～12 μm波段的尾焰辐射亮度分布。结果表明,从飞机 尾向上观测到的中波红外和长波红外尾焰均成对称分布,前者的最高辐射亮 度和尾焰面积分别是后者的4.6倍和2.1倍;从飞机侧向上观测到的 中波红外尾焰的最高辐射亮度、尾焰长度和面积分别是长波红外尾焰 的2.2倍、3.8倍和5.7倍,前者的优势非常明显。另外,受高温尾焰加热的影响,尾 焰周围空气的温度明显上升,使其辐 射亮度高于其他背景的辐射亮度。本文获得的测量结果对尾焰红外辐射特性仿 真和计算研究具有一定的参考价值。     

中波红外和长波红外探测系统性能的比较与选择

针对常用的各种中波和长波红外探测系统,从探测器特性、目标辐射特性、背景辐射特性、大气传输特性和红外系统设计等方面,分析、计算和比较了中波红外和长波红外探测系统的有关性能,提供了有实用价值的数据。根据不同的探测目标和使用环境,为红外探测系统的设计提出了波段选择的建议。     

地基大气背景红外光谱辐射特性测量

用傅里叶变换红外光谱辐射计(FTIR)在地面测量了较高分辨率(1 cm-1)下的大气向下背景光谱辐射,获得了长波红外5~14μm波段的大气背景辐射光谱。研究了大气背景红外光谱辐射与整层大气透过率的关系。从实验数据中研究了不同波段大气背景辐射随观测天顶角的变化。结果表明:地基大气向下的长波背景辐射亮温随着整层大气透过率的增大而减小;大气背景辐射随观测天顶角增大而增大;在大气窗口区,大气背景辐射随观测天顶角变化较快,在强吸收波段,大气背景辐射随观测天顶角几乎不变化。     

高热剂的红外辐射特性研究

为探讨高热剂的红外辐射特性,设计并制备了6种不同组分的高热剂,并对其红外辐射亮度开展了实验研究.实验发现在4.15～5 μm波段内Al+Fe3O4和Mg+CuO的最大红外辐射亮度分别达到了66934和43718 W·m-2·sr-1;在2.5～3.1 μm波段内Al+Fe3O4和Al+ CuO分别达到了15097和13...     

高层大气环境对长波红外背景辐射特性的影响分析

高层大气长波红外背景辐射特性是目标识别和红外辐射特性测量的重要研究课题.根据NRLMSIS-00大气经验模型,分析了高层大气温度和气体浓度对红外辐射的影响.利用高层大气辐射传输模式SHARC,在6～15 μm波段对不同观测位置和大气模式条件下的高层大气背景辐射进行了数值计算和理论分析.结果表明,高层大气长波红外辐射会随临边切线高度的增加而减弱,随倾斜观测天顶角的增加而增强,随太阳天顶角的增加而减弱.曙暮光和极光对高层大气长波红外辐射具有重要的增强作用,而且高层大气长波红外辐射存在纬度和季节变化特性.高层大气环境对长波红外背景辐射的影响分析结果可供空间目标探测和卫星红外遥感等工程参考.     

末敏子弹非稳态红外辐射特性数值仿真分析

为计算末敏子弹在弹道诸点的瞬态红外辐射,根据末敏子弹外壁气动加热、辐射换热和内部导热耦合作用机理,利用流体仿真软件Fluent对完整弹道下末敏子弹的非稳态温度分布进行数值计算。在此基础上,计算分析了子弹弹体和降落伞在3~5 m和8~12 m波段的红外辐射特性及在弹道中的变化规律,并与对应探测视线方向的天空背景红外辐射特性进行对比。计算结果表明:降落伞辐射亮度有时为子弹弹体辐射亮度的一半,但辐射强度可达到子弹弹体辐射强度的21倍,在长波红外波段、弹道减速减旋阶段实现对末敏子弹的告警具有较强的可行性。     

基于氧气光谱吸收的被动测距中无云天空背景辐射特性研究

氧气吸收率是利用氧气A 吸收带进行被动测距技术计算的核心,将包含氧气A 吸收带在内的无云天空背景辐射和黑体辐射作为研究对象,利用CART 软件模拟计算了不同观测天顶角、不同时段、不同太阳天顶角的无云天空背景氧气吸收率分布,并与不同观测天顶角、不同距离下的黑体辐射氧气吸收率进行了比较分析,结果表明:当探测距离大于3 km 时,黑体辐射的氧气吸收率大于无云天空背景辐射氧气吸收率,所以根据不同观测条件设置被动测距的氧气吸收率阈值,可提高对目标的探测概率,降低背景辐射对被动测距的影响。     

目标特性对目标-背景对比度的影响

从辐射传输理论出发,计算分析了目标特性对0.4～14μm波段范围内的目标背景对比度的影响,计算结果显示,在其他条件不变的情况下:1)随着目标物固有亮度的增加,目标背景对比度增加,而且其谱分布也发生相应的变化,紫外与可见光区的对比度增加幅度大于红外区的增加幅度;2)目标物固有亮度的谱分布影响着目标背景对比度的谱分布;3)随着目标物表面反射率的增加,目标背景对比度的值也增加,并且目标物表面反射率的谱分布也影响着目标背景对比度的谱分布.     

荧光法成像系统信噪比的实验研究

在药物荧光成像系统中较好的荧光像的信噪比和分辨本领,可最大限度地克服肿瘤诊断中出现的假阳性,降低误诊率。理论分析并近似计算了用蓝光作为诊断早期鼻咽癌的激发光源时,信号和背景光的亮度分别为4.5×10-2lm·m-2·sr-1和877lm·m-2·sr-1。结果表明,为了能从背景中分辨出信号,窄带栅滤光片的荧光透过率应尽可能大,而背景光要截止到原来的4.3×10-5的量级。根据有色玻璃的吸收特性,实验时适当增加光在玻璃中的行程和带宽,使信号和背景光的透过率之比增大,从而得到较好的荧光像的信噪比和分辨本领,提高了图像目视探测的灵敏度。     

国内典型天文台站大气红外背景辐射实测分析

大气背景辐射强弱决定了红外望远镜系统极限灵敏度,直接影响系统设计,背景辐射也是反映天文台站观测性能优劣与否的一项重要指标。实测了国内的阿里天文台、德令哈观测站、怀柔观测站等几个典型天文台站大气红外背景辐射,尤其是获得了阿里天文台大气红外背景辐射的一手资料。实测结果表明:阿里天文台大气红外背景辐射的强弱以及辐亮度均值的昼夜变化在几个台站中均最小,其最大辐亮度均值为1.3010-6 Wcm-2sr-1,辐亮度均值的最大昼夜变化仅为18%,其红外背景辐射限最优;其次是德令哈观测站。将扫天实测辐亮度与MODTRAN模拟辐亮度进行对比,发现对于国内如阿里等青藏高原高海拔地区无论是标准大气模式还是实际大气模式其模拟结果与实测间皆存在较大差异。     

小目标与海空背景合成红外图像统计特性分析

针对海空复杂背景下红外小目标识别的需要，对海空背景及其小目标的红外图像特性进行了统计分析。具体分析了在有目标和无目标两种情况下3~5 μm和8~12 μm两个波段图像的均值、方差和协方差等统计特性以及图像的局部对比度、信杂比和阈值随探测距离变化的规律；同时对生成的红外热像进行了直方图分析。结果表明：随着探测距离的减小，导弹的辐射逐渐增大，到达一定探测距离时（大约8 200 m）可以从热像图中区分导弹的蒙皮辐射和羽流辐射。根据有目标和无目标两种情况下图像特性的差异，可以判断图像中是否存在目标，从而为目标识别提供了关于目标和背景的先验知识，研究结果可用于海空背景下红外小目标的检测。     

可见光/红外全天空成像仪和云雷达联合反演云高

为解决大部分设备无法单独获取全天空云底高度的问题,基于中国气象局大气探测基地可见光/红外天空成 像仪和毫米波云雷达2019 年6 月的灰度值与云底高度数据,利用辐射传输模式计算地面8～14 μm波段向下红外辐射 随天顶角的变化关系,并根据红外波段测得的天顶云底灰度值与非天顶位置的天顶角余弦灰度值之间的线性关系, 从 而反演得到全天空云底高度。结果表明： (1) 相比于全天无云的情形,在一天的相同时间时,全天有云时的天顶灰度值 较高。(2) 当云底高度为2000 m以上且云层较厚时,云底高与红外模块所测灰度值的相关性明显好于云层较薄的低 云。(3) 2019 年8 月12 日的个例验证结果显示,反演云高与通过云雷达测得的实际云高相关系数为0.956,而与取天顶 附近约30°天顶角得到的云高相关系数为0.9508。     

红外望远镜站址大气传输和环境背景特性的测量分析研究

大口径的地基红外望远镜必须安装在具有良好大气条件的观测台站才能充分发挥其性能,天空背景辐射和大气传输特性是地基红外望远镜站址选择所需考虑的重要内容。采用消光-小角度散射法在西藏羊八井实测了太阳直接红外辐射和大气背景红外辐射,并根据备选站点的大气参数,采用CART软件计算了当地8~14 m波段整层垂直大气的光谱透过率、太阳直接光谱辐射和地面大气垂直向下的背景光谱辐射,以及相关量的波段积分值,这些结果有助于地基红外太阳望远镜的站址选择。     

影响红外目标探测亮度的因素

文中就红外目标探测实验中,目标辐射亮度随作用距离增加而增强的现象提出问题。以红外探测亮度方程为理论基础,利用大气辐射传输软件LOWTRAN,对目标与背景的红外辐射亮度、路径辐射亮度、路径透过率、距离和有效作用面积等影响红外目标探测亮度的各项因素进行了深入的分析。结果表明, 随着作用距离的增加, 背景辐射亮度增加在所有影响探测亮度的因素中占据主导地位,最终使得目标辐射亮度增加。通过文中的分析,合理解释了实验现象,对于设计红外探测系统、跟踪系统的目标提取算法具有十分重要的意义。     

全天空红外测云系统辐射传感器的替代定标

为了实现全天空红外测云系统辐射传感器业务运行过程中的定标,提出了一种以晴空辐射为标准辐射场的替代定标方法.根据SBDART辐射传输模式计算出的晴空大气向下红外辐射以及辐射传感器对天空观测的输出量化值,利用线性回归方法确定出传感器全场各像元的响应率和偏移量.定标结果分析表明,响应率不确定度为2.03 DN unit/(W·m-2·sr-1),偏移量具有明显的正态分布特征,为空间随机噪声.标准黑体检验表明温度反演平均误差不超过±1.5℃,能够满足系统定量化应用的要求.     

光通信地面网络候选站址的大气信道特性统计检验

激光通信地面站址的大气信道特性决定着设备性能的有效发挥。选择四个候选站址,西藏阿里、青海德令哈、四川稻城和河北兴隆,统计检验云量覆盖、大气透过率、天空辐射度和大气湍流等特征对激光通信的影响。结果显示,单站可用度条件以阿里为最佳；三站联合可用度以阿里-德令哈-兴隆最好,在少云条件下(云量低于60%)全年可用度85%以上;少云条件下的四站联合可用度在5~8月为91\%~96\%,其它月份98%以上。四个候选站址的大气光学特性均能满足激光通信传输的要求。高海拔站址的大气透过率与辐射度有明显优势,阿里、稻城的夜间大气相干长度在10 cm以上,德令哈在8~12 cm间, 兴隆站在6 cm以上。在多站联合模式下应能在高海拔的少云区选择出足够高可用度的站址。     

Cloud Statistics Measured With the Infrared Cloud Imager (ICI)

The Infrared Cloud Imager (ICI) is a ground-based thermal infrared imaging system that measures spatial cloud statistics with a 320$,times,$240-pixel uncooled microbolometer detector array. Clouds are identified from the residual radiance that remains after water vapor emission is removed from radiometrically calibrated sky images (the water vapor correction relies on measurements of precipitable water vapor and near-surface air temperature). Cloud amount, the percentage of an ICI image containing clouds, is presented for data from Atmospheric Radiation Measurement (ARM) sites at Barrow, AK in February–April 2002, Lamont, OK in February–April 2003, and Barrow, AK in March–April 2004. In Oklahoma, the percent cloud cover determined from full ICI images was slightly higher than that found from a single-pixel time series, suggesting that cloudiness may be under sampled by vertically viewing lidars or radars under highly variable conditions. Full-image and single-pixel statistics agreed more closely for Arctic clouds, which tend to be uniform for long periods of time. Good agreement is found in comparing cloud amount from ICI and active remote sensors during day and night, but much worse agreement is found between ICI and the ARM Whole Sky Imager during nighttime relative to daytime, indicating the importance of the diurnally consistent ICI measurements.