伪装遮障的光学与红外偏振成像

为了研究伪装遮障对抗偏振遥感的侦察效果,采用多波段偏振CCD相机在光学与红外波段获得伪装遮障的偏振图像,并提取其中的偏振信息.研究发现:在表面形态一定的情况下,伪装遮障散射光的偏振信息受光线入射角和表面反射率的影响较大.偏振信息对遮障的表面粗糙度和空间结构非常敏感,可以增强图像中目标与背景的对比度,提高识别准确率.伪装遮障和自然背景的散射光偏振度和偏振角信息有较大差别,因而,根据偏振信息成像可以有效地识别出图像中的伪装遮障,偏振成像在伪装目标识别方面具有重要的军事应用价值.     

偏振遥感识别低反射率伪装网研究

偏振遥感是一种新型的侦察手段,具有传统遥感所不具备的优点,是研究大气与地面目标的重要方法.为了研究伪装目标的偏振散射特征,在光学与红外波段测量了三色迷彩伪装网的偏振参数.研究发现,在探测条件一定的情况下,伪装网散射光的偏振度受入射角度和表面反射率的影响较大.入射角增大,伪装网散射光的偏振度也随之增大;表面反射提高,其散射光的偏振度降低.偏振度成像可以增强低反射区域的亮度和对比度,而偏振角成像对伪装网的外形特征非常敏感,偏振遥感对复杂背景中的低反射率伪装目标识别具有独特优势,对军事伪装目标的生存构成了严重威胁.     

伪装材料的偏振散射光谱研究

采用多波段偏振CCD相机在光学与红外波段测试了镜面反射方向伪装材料的偏振特征.研究了不同入射条件下具有粗糙表面的伪装材料的偏振散射过程,得到了材料的偏振散射光谱.在镜面反射方向,伪装材料表面具有高的线偏振度,而草地背景的线偏振度很低.利用Kirchhoff近似理论分析了粗糙表面的偏振散射过程,分析结果与实验测试的偏振光谱相一致.由于伪装材料与背景的偏振散射光谱不同,因此利用偏振信息成像能够识别复杂背景中的伪装目标.偏振遥感在伪装目标识别方面具有重要的军事应用价值.     

典型粗糙表面激光后向散射特性实验

对现有的粗糙度比较样块和其他典型粗糙目标进行了后向光散射特性的实验。实验结果表明,当入射光为632.8 nm波长时,随着入射角的增大,不同的被测目标的散射强度变化得比较明显。如果被测目标的表面斜率均方根比较接近,可以发现它们整体的散射光强度变化趋势几乎一样,而且它们的偏振度也相差不大。表面斜率很小的被测目标,相对其他被测目标,其散射光光强明显大很多,其偏振度也是最大的,说明相对光滑的表面探测到的后向散射光强度比相对粗糙表面探测到的散射光强度大得多。文中关于典型粗糙表面后向散射偏振特性的研究结果对于探讨进行目标识别的理论及应用方面有一定的价值。     

基于椭偏角成像的识别伪装目标方法

偏振度的测量对反射辐射强度有一定的要求,反射辐射强度较低时,不同材料之间偏振度差别不明显,且线偏振度受探测角和表面粗糙度影响较大,以相同探测角探测粗糙度类似的目标时难以对目标从偏振度上区分。通过分析影响电磁波在物质表面反射辐射的振幅与相位因素,研究了其偏振特性,提出在线偏振光入射条件下,通过对反射辐射椭偏角成像,直接或间接辅助识别伪装目标的方法。建立椭偏角与复折射率、入射角之间的函数模型,并通过软件仿真验证模型的正确性。文章为基于探测偏振信息进行伪装识别的方法提供一种新思路。     

基于双高斯拟合的目标激光偏振特性实验研究

对几种典型目标的后向散射光偏振度进行了测量和分析。基于探测光的Stokes 矢量描述,利用接收光路和发射光路的一体化设计,设计了典型目标偏振特性的激光探测实验装置;在不同偏振光入射角、不同粗糙度参数以及不同表面材质的条件下,对几种典型目标后向散射光的偏振度进行了测量;在实验的基础上对偏振度测量数据进行了双高斯拟合和分析,得出了目标后向散射光偏振度与双高斯函数基本吻合以及基于后向散射光偏振度可以区分不同属性目标的结论。     

红外偏振探测的机理

偏振探测技术已经成为一种重要的探测手段,其机理研究对红外偏振探测的实际应用和结果分析具有重要的理论指导意义.综述了偏振产生的机理,如反射、热辐射和散射,分析了物体的表面特性如粗糙度、色泽和电导率等对光的偏振特性的影响,并借助多人的实验加以辅证.发现当入射角等于布儒斯特角时,反射光的线偏振度达到最大值;多次散射使光的偏振方向不断偏转,经统计平均后降低了反射或散射光的偏振度;亮的粗糙表面的反射光以多次反射为主,表现出较小的线偏振度;通过检测反射光偏振角的相位差可以确定目标是金属还是绝缘体.     

目标红外偏振特性的影响因素研究

红外偏振是近年来发展起来的一种新技术,对增强目标与背景的对比度、识别伪装目标效果明显.本文设计了一套红外偏振成像系统,并制作不同粗糙度、不同材料的样板,在不同的观测角进行偏振成像实验,研究粗糙度、材料和观测角对目标偏振特性的影响.实验结果表明,表面越光滑,目标偏振特性越明显;不同材料的目标,偏振度不同;随观测角度增加,偏振特性也越来越明显.研究初步表明,粗糙度、观测角和目标材料是决定目标偏振特性观测结果的重要因素,目标偏振特性影响因素的研究对偏振探测技术的应用具有一定的指导意义.     

典型卫星表面材料近红外偏振特性分析

为了表征典型卫星表面材料的近红外偏振特性,基于微面元模型并综合考虑镜面散射及漫散射来描述目标表面的反射特性,引入镜面系数及漫反射率来明确两种反射对偏振度的影响,并考虑实际粗糙材料表面存在的遮蔽效应,建立一种更完善的多参量偏振双向反射分布函数模型,进而推导出适用于粗糙材料表面的光学反射偏振度表达式.对典型卫星表面材料进行近红外偏振实验,采用遗传算法从实验数据中反演卫星表面材料的多参量数值,进而得到偏振信息仿真曲线.结果 表明,该多参量偏振双向反射分布函数的仿真值与实验测试值能够较好的吻合,不同卫星表面材料的近红外偏振特性有较大分布差异.     

基于红外光谱偏振度对比度的涂层材质识别研究

为了降低材质红外识别的正确率,较常用的方法是通过在材质表面涂覆涂层,以改变材质的表面发射率。首先通过基于微面元理论的目标材质表面红外辐射偏振传输模型的Stokes表达式,推导分析了目标材质表面发射率对目标材质表面红外偏振特性的影响,结果表明:目标材质表面发射率的改变不影响其表面的红外线偏振度特征;其次,针对材质表面发射率与红外偏振特性的不相关性,文章提出基于光谱偏振度对比度检测涂层材质的方法,并通过相同基底不同表面发射率的涂层材质、不同基底相同发射率的涂层材质的红外高光谱偏振成像特性进行了验证分析,结果表明:改变涂覆材料表面发射率并不影响材质表面的红外光谱偏振度特征;基底材料不同,即使目标材质表面涂覆相同发射率涂层,其表面的光谱偏振度特性将比光谱辐射亮度具有更明显的差异性,研究成果可为红外伪装材质检测识别提供新的途径和方法。     

含水红壤的偏振特性分析

不同含水量的土壤会产生不同的偏振态,其与波长、土壤表面的结构、内部的构成、以及入射的角度密切相关。根据Kodis粗糙表面的散射理论,推导了不同湿度土壤表面的偏振度与入射天顶角和观测天顶角以及等效折射率的关系,并用野外地物偏振辐射计和地面多波段CCD相机实测了红壤的偏振反射数据,并将其与理论计算结果相对照,初步总结出不同含水量红壤的偏振特性变化规律。研究土壤偏振度与含水量以及入射天顶角、观测天顶角的关系,对于卫星农业遥感有重要的意义。     

粗糙金属和介质目标的太赫兹散射特性分析

太赫兹频段金属和介质粗糙目标的散射特性是研究太赫兹雷达目标特性的重要基础。当目标表面的主曲率半径远远大于入射波长,且粗糙表面高度起伏与斜率起伏远小于入射波长时,根据稳定相位法和标量近似法,可获得粗糙金属和介质目标的相干散射截面和非相干散射截面。基于稳定相位法,任意目标的相干散射截面可退化为粗糙导体、光滑介质和粗糙介质目标的相干散射。该文分析了电大尺寸光滑金属铝和介质白漆球的散射截面,与Mie理论计算的介质球的散射特性吻合,散射截面误差小于0.1 dBm2。采用朗伯定理,验证了粗糙介质球的太赫兹非相干散射精确解,当目标表面剖分精度越高,非相干散射的计算精度越高。该文数值计算了粗糙介质球的太赫兹相干和非相干散射特性,分析了表面粗糙度和表面材料对散射特性的影响,为电大尺寸空间目标太赫兹散射特性分析提供了理论基础。      

Analysis of the polarization characteristics of scattered light of underwater suspended particles based on Mie theory

Aiming at the problem of underwater polarized laser scattering caused by underwater suspended particles, the equivalent spherical particle Mie scattering theory simulation method is used to study the polarization characteristics of underwater scattered light. The relationship between underwater suspended particle characteristics and optical characteristics is analyzed, and the effects of particle size, polarization characteristics of incident light, and angle of incidence on the degree of polarization of forward and backward scattering light are studied. The results show that:When the incident light is natural light, the degree of polarization of scattered light is very low at the forward-scattering angle, which increases with the increase of the scattering angle, but changes frequently with the increase of the particle size. When the incident light is linearly polarized, the degree of linear polarization of the scattered light is related to the azimuth Angle. The degree of circular polarization is largely unaffected by particle size.     

The variation of bistatic rough surface scattering cross section for a physical optics model

The general behavior of a rough surface scattering cross section is examined as a function of incident and scattering angles, surface roughness, dielectric constant, and polarization for physical optics (PO) conditions. Quite distinct and complicated variations are observed. For some conditions, deep nulls occur in the normalized bistatic cross sectionsigma deg; as a function of seatlering angle, while other parameter sets yield no such pattern. These results are analyzed and interpreted. The differences in the angular variation insigma degfor different polarizations suggested that, for a given set of conditions, it would be possible to minimize the scattering from a rough surface. This topic is addressed in the second part of the paper. For the case of a given incident polarization, a technique is presented to optimize the bistatic observation of terrain scattering by using combinations of receiver polarization which vary as the scattering angles are changed.     

不同类型土壤地面与其上方目标散射特性研究

针对超低空目标与地面复合电磁散射的问题,以某型巡航导弹作为超低空目标的典型代表,研究了不同类型土壤地面与其上方巡航导弹的散射特性。在考虑不同类型土壤组成成分的基础上,采用四成分土壤介电模型计算其介电常数,分析了土壤介电常数与土壤类型和土壤湿度的关系;以二维高斯粗糙面模拟地面环境,引入锥形入射波克服粗糙面的边缘衍射,应用基于物理意义的双网格法(Physics Based Two Grid, PBTG)结合稀疏矩阵规范网格法(Sparse Matrix Canonical Grid, SMCG)仿真分析了土壤类型、入射波频率与极化等因素对地面环境电磁散射特性的影响;基于目标与环境的复合表面积分方程,研究了不同类型土壤地面与巡航导弹的复合散射特性。分析表明:巡航导弹与粗糙面相互作用,使三种类型土壤地面的散射系数均有所增大。研究成果为不同类型土壤地面环境遥感探测及其上方超低空目标的探测提供了理论参考。     

舰船尾流气泡多重散射偏振特性研究

舰船尾流气泡的多次散射效应对光尾流探测领域的研究具有重要意义.针对水中气泡多次散射对后向散射光强以及偏振度的影响规律问题,基于矢量Monte Carlo方法,采用欧拉矢量法对光子在水中气泡后向散射偏振态进行跟踪,对比分析了线偏振、圆偏振激光入射情况下,不同散射次数回波信号在强度和偏振度特性上的差异性,验证了欧拉矢量法用于光尾流探测仿真领域的可行性.     

水泥路面激光散射特性研究

为了通过激光散射特性识别不同粗糙程度水泥路面, 设计了路面粗糙度测量系统。使用千分表测量水泥路面高度分布, 计算高度均方根与相关长度。根据以上参量采用功率谱频域滤波生成随机粗糙表面以模拟水泥路面, 通过切平面近似将粗糙面离散为大量微面元, 由菲涅耳公式计算本地场, 利用蒙特卡罗方法获取不同偏振光入射条件下粗糙面双向与后向散射光强度统计平均值。基于虚拟仪器技术进行高精度自动化激光散射测量, 并根据实验数据对理论模型进行了验证。结果表明, 双向散射小粗糙度水泥路面散射光强度在镜像方向散射角40°附近具有峰值90lx, 在镜像方向两侧逐步递减, 大粗糙度水泥路面光学特性近似为朗伯体, 散射光强度在各散射角方向变化不大; 后向散射在垂直入射时, 小粗糙度水泥路面散射光强度峰值为103lx, 随散射角增大逐渐递减, 大粗糙度水泥路面具有朗伯体散射特征。此研究结果可为车辆自主驾驶方案路面信息感知提供参考。