红外辐射大气透射率求解模型的建立与分析

红外辐射大气透射率对目标辐射的测量精度影响很大。分析了红外辐射在大气中的传输衰减,建立了红外辐射大气透射率的求解模型。利用编制的红外辐射大气透射率计算程序研究了特定辐射路径下的大气透射率在一日内的变化情况,对不同气象条件和辐射路径下的大气透射率进行了计算,研究了大气温度、相对湿度、路径起始高度、辐射路程、天顶角对大气透射率的影响,并对计算结果进行了分析。计算结果对精确计算红外辐射大气透射率和研究气象条件、路径几何参数对红外辐射大气透射率的影响具有一定的指导意义。     

弹道导弹中段红外辐射特性数学建模与仿真

针对TBM中段的弹道特性,根据热平衡理论建立了TBM在中段的温度计算模型,然后根据普朗克定律建立了目标红外辐射计算模型;在红外辐射的大气传输理论基础上,综合考虑大气吸收、散射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计算模型,得到了大气衰减作用下的目标辐射模型;最后,在假定的仿真条件下,利用模型计算了两种波段下目标红外辐射强度、大气光谱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TBM中段红外辐射的有效方法.     

CO_2激光辐射在雾和雨中的衰减

本文论述了CO_2激光辐射在雾和雨中衰减的测量结果。报道了实验结果:雾中的衰减范围是每公里1到72分贝,雨中的衰减范围是每公里1.7到17分贝。通过大量的微粒尺寸的数据,给在雾中的衰减提供了论据,根据微粒尺寸分布作的衰减计算值超过了每公里290分贝。测量结果表明,浓雾中的传输损耗比大雨中的大6个数量级。     

海雾对3～5μm和8～14μm红外辐射的衰减特性

分析了Khrgian-Mazin模型描述雾的粒度谱分布的可靠性,利用该模型和米氏散射理论计算了世界上典型地区的海雾对3～5μm和8～14μm大气窗红外辐射的衰减,并将计算结果和红外波段内的10.6μm激光辐射在雾中衰减的实测结果相比较,得出了两个大气窗内海雾对红外辐射展减的一般规律.     

目标红外辐射双色双值的大气传输研究

空中目标的红外辐射在大气中传输时，大气以及大气的气溶胶会对红外辐射产生吸收和散射，从而造成红外辐射的衰减。大气对红外辐射的衰减程度可以用消光系数来描述，波长不同，消长系数也不同。红外系统测量到的目标红外辐射的双色比值也会随目标距离变化而变化。由测量到的目标在两个波段的红外辐射，通过一定的信号处理手段，可得出目标的距离、双波段红外辐射能量、红外双色比值等信息，以此对空中目标的识别和定位。推导了利用大气消光系数获取空中目标距离信息和红外辐射信息的公式，画出了典型空中目标双色比值的大气传输图。     

广州地区33．5GHz和93GHz降雨传播特性测量

本文给出了１９９２年７—９月份广州地区Ｏ．４ｋｍ地面电路３３．５ＧＨｚ和９３ＧＨｚ雨衰减测量结果及雨衰减和降雨率短期统计结果之间的关系，并利用这一结果和长期降雨率统计对雨衰减预报作了初步探讨。同时分析了３３．５ＧＨＺ和９３ＧＨＺ雨衰减频率换算关系。文中还导出了雨致交叉极化鉴别度（ＸＰＤ）与实测差分衰减和差分相移之间的理论关系。在８ｍｍ波段可忽略差分相移的情况下，给出了利用３３．５ＧＨｚ部分实测差分衰减计算的ＸＰＤ结果，并与理论模式预测值作了比较。     

海面导弹中波红外辐射计算

介绍了一种红外系统对海面低空飞行导弹最大探测距离的计算方法,建立了以涡喷发动机为动力的导弹全向中波红外辐射和海面水平传输计算模型,针对导弹中波红外辐射及其在大气中的传输衰减和红外探测器对导弹红外辐射的响应在不同波长时皆为非均匀的特性,提出了将导弹在3～5μm波段的红外辐射分成若干小区间计算,与对应小区间大气的海面水平传输衰减和红外探测器光谱响应曲线相对值综合后,计算红外探测系统对导弹最大探测距离的方法。最后,将理论计算结果与试验测试数据进行了对比,结果显示理论计算结果与试验测试结果有较好的一致性。     

高速飞机红外成像特性数值模拟研究

文中建立了高速飞机红外特性的物理模型，在考虑收音机内部传热、气动加热和太阳、天空、地面等背景辐射、以及大气衰减的基础上计算理得出了飞机8-14μm波段的辐射特性。分析对比了不同飞行速度、不同探测路径等条件下飞机的辐射特性，并进一步利用计算结果生成了模拟的红外图像。     

广州地区雨滴尺寸分布模型及雨衰减预报

本文利用广义ｇａｍｍａ分布模型处理分析了１９９２年夏季广州雨滴尺寸分布测量数据，得到了广州地区雨滴尺寸分布模型，并利用这一模型计算了３３．５ＧＨｚ和９３ＧＨｚ雨衰减，其计算值与同期测量结果之间有很好的一致性。     

高空远距离目标红外辐射及大气衰减模型研究

结合普朗克辐射定律,采用双波段测温法分析了高空远距离目标的温度与红外辐射。提出了一种目标投影面积的计算方法。由于是远距离探测,在考虑地球曲率的情况下提出了一种计算任意方向两点大气衰减的计算模型,并分析了不同探测距离下3~5μm和8~12μm两个波段红外辐射的衰减情况.实验结果表明,在10 km左右的高空中,目标红外辐射测量的距离可以从低空的几十公里增加到几百公里,这为进一步分析目标辐射特性提供了理论与技术上的支撑.     

远红外激光雨中传输损耗的研究

激光在雨中传输时,会受到雨滴的散射和吸收作用导致功率衰减。首先,根据Mie散射理论,给出雨中消光系数的计算方法。其次,介绍了Joss和Weibull两种雨滴尺度分布,通过对比分析得出结论Joss分布更加准确。最后,利用Matlab对远红外激光在雨中的消光系数和链路损耗进行分析。结果表明:消光系数随降雨量的增大而增大;利用光子追踪法计算得到的链路损耗,由于考虑了光束发散角、接收视场角和散射能量,较朗伯-比尔定律更加贴近实际情况。     

生物凝聚粒子远红外波段消光特性

针对生物材料FANS 233D,采用显微红外光谱仪测定了材料在2.5~15 m波段的反射光谱,结合Kramers-Kronig （K-K）关系计算了生物材料8~14 m波段的复折射率。利用团簇-团簇模型模拟了不同分形维数的生物凝聚粒子的空间结构,通过离散偶极子近似法计算了具有分形特征的生物凝聚粒子在远红外波段的消光参量,并求出不同条件下生物凝聚粒子的质量消光系数。结果表明:在远红外波段内,相同原始微粒数生物凝聚粒子的分形维数越大,其消光性能越好,当生物凝聚粒子的原始微粒数为50,分形维数为2.00,质量密度为1 120 kg/m3时,质量消光系数最大可达到2.262 m2/g,且凝聚粒子的质量消光系数随着原始微粒半径的增大而缓慢增大。     

Rain attenuation at 15 and 35 GHz

In order to satisfy future earth-to-space communications needs, new regions of the electromagnetic spectrum must be exploited. A program to determine the feasibility of using millimeter waves for this application has been conducted at Air Force Cambridge Research Laboratories (AFCRL) for approximately 6 years and it has been shown that at frequencies of 15 GHz (lambda = 2.0cm) and 35 GHz (lambda = 8.6mm) atmospheric attenuation is relatively low except for conditions of heavy clouds and precipitation. A portable radiometric system designed to measure attenuation at 15 and 35 GHz under conditions of precipitation was constructed and located in Hilo, Hawaii, a region where it rains frequently thus making it possible to conduct many attenuation measurements for varying rainfall rates. Attenuation was determined from both extinction and emission measurements as a function of zenith angle and rain rate. On the basis of the results that were obtained, it is concluded that for orographic rain up to rates of 50 mm/h in Hawaii: 1) attenuations up to approximately 10 dB can be calculated quite accurately from an emission measurement; 2) zenith attenuations are well correlated with rain rate and can be estimated from the regression lines which have been obtained; 3) attenuations at angles off zenith are not as well correlated with rain rate and thus the values obtained from the regression lines are only approximate; 4) attenuations at 15 and 35 GHz are well correlated.     

基于雨滴谱分布数据库的近红外辐射衰减研究

为了研究降雨对近红外辐射的衰减,定量评估降雨对近红外设备的影响,在雨滴谱分布二元函数模型建立的基础上,提出了一种雨滴谱分布数据库的建立方法,对LAWS和PARSONS在美国华盛顿地区测量的雨滴谱分布数据进行拟合,建立雨滴谱分布数据库。基于雨滴谱分布数据库,结合米散射理论和衰减系数公式,得到了1μm,2μm和3μm波长近红外辐射的消光效率因子与雨滴直径的关系曲线,并计算了在降雨量分别为0.25mm/h,1.25mm/h,2.5mm/h,12.5mm/h,25mm/h和50mm/h条件下的近红外辐射衰减系数。结果表明,不同降雨量条件下,对于雨滴谱分布的函数关系式,正态分布具有更好的拟合效果;消光效率曲线的包络线随波长的增大而增大;拟合衰减系数和降雨强度的函数关系发现,指数函数具有很好的拟合效果。该计算结果对研究降雨对近红外辐射的衰减具有重要意义。     

多波长激光的大气消光系数相关性及实时反演计算研究

利用Mie散射理论并结合激光多点断层测量技术,得到了不同波长消光系数之间的相关关系.使用自主研制的激光遥感式后向散射能见度测量仪,利用实测数据得到了波长为1.06μm激光的大气消光系数,进而利用不同波长消光系数间的相关关系实时反演计算了波长为0.532μm、0.86μm、1.57μm和3.47μm激光的大气消光系数,并与实测波长为0.532μm的大气消光系数进行了比对,结果表明可以使用大气消光系数相关性实时反演计算红外辐射大气传输并建立红外辐射实时大气传输修正模型.     

沙尘暴对红外辐射的消光特性分析（特约）

基于Mie散射理论和Monte Carlo方法,分析了国内七种模态沙尘暴对0.86~20 μm波段红外辐射的消光和衰减特性。研究结果表明:对于小尺寸的沙尘粒子,在近、中波红外,消光效应主要是散射作用的结果;对于大尺寸的沙尘粒子,红外消光是吸收和散射共同作用的结果。比较了沙尘暴单次散射和多重散射产生的衰减率差异,多重散射的衰减率小于同一条件下的单次散射衰减率,差异随可见度的增大而减小,基于Monte Carlo方法计算的多重散射衰减率比消光系数更能全面反映沙尘暴对红外辐射强度衰减的影响。六种大颗粒模态沙尘暴比小颗粒模态沙尘暴的红外衰减强度大,衰减率基本随着波长的增大而增大;小颗粒模态沙尘暴的衰减率随波长的变化有明显的起伏,在7.9~12.5 μm范围内有峰值,在13~20 μm范围内衰减率对波长不敏感。     

Millimeter wave propagation in arid land-a field study in Riyadh

A field study on wave propagation has been actively running for four years in Riyadh, Saudi Arabia. The study involves the operation and monitoring of two links at a frequency of 40 GHz, and an infrared link at 0.88-μm wavelength. A meteorological station is also operated and monitored. The effect of sand storms on propagation is studied by measuring storm parameters, namely, visibility, particle size and size distribution, and induced attenuation. The results are compared with long-term visibility data for Riyadh, and a complete statistical analysis is given. The effect of rain is studied by measuring both rain rate and rain attenuation. Long-term rain data are utilized to derive long-term rain statistics. It is shown that the measured attenuation due to sand storms is about four times larger than the calculated attenuation at 40 GHz. The measured rain attenuation at infrared is found to be smaller by a factor of 0.3 than theoretically predicted attenuation     

不同类型降水对毫米波传播特性的影响研究

为了提高复杂降水条件下毫米波传播衰减的评估精度,通过分析多个地区的降水谱特征,得出具有代表性的层状云降雨、积层混合云降雨、积雨云降雨以及干雪、湿雪的谱分布参数,然后结合降水粒子的形状、相态、介电模型,计算降水体目标在毫米波波段的散射特性.结果表明,降水强度不是唯一影响毫米波传播衰减的因素; 降水粒子相态、谱分布、入射波频率和温度等对毫米波传播特性均有不同程度的影响,其中谱分布和数密度是影响降雨对毫米波衰减的主要因素; 冰水构成比例是影响降雪对毫米波衰减的主要因素; 不同相态的降水,尤其是干雪、湿雪和雨对毫米波传播影响的差异较大; 而温度的影响较小.并建立了考虑谱分布和温度的降水衰减模型.     

红外增透膜湿热雨林气候环境适应性分析

随着军用红外光学仪器的发展,对红外光学镀膜元件耐环境性能的要求越来越高。以波段在8~12 μm的Ge、ZnS、ZnSe镀增透膜样品为对象进行红外增透膜湿热雨林气候环境适应性研究。以外观质量、重量、光谱透射比等为评价指标进行环境适应性评价,得出以下结果:经过3年湿热雨林气候环境试验,红外增透膜出现了不同程度损伤,损伤模式主要为变色和脱膜;随着试验时间的延长,变色越来越严重,变色区域越来越大;重量出现先减少后增加的现象,光谱透射比出现少量下降;经过3年的湿热雨林气候环境试验后,红外增透膜均已失效。     

石墨烯红外波段复折射率及消光性能研究

石墨烯是一种新型二维纳米碳材料,在红外干扰方面具有很大的潜在应用价值,其红外消光特性值得深入研究。文中利用红外椭偏仪测量了石墨烯压片在红外波段的椭偏参数,计算得到其红外波段的复折射率,采用离散偶极近似(DDA)方法计算了石墨烯在2~14 μm波段的效率因子、消光系数与入射波长、粒子直径和厚度的关系。计算结果表明,石墨烯在2~14 μm波段具有优异的红外消光性能,其消光性能主要取决于材料的吸收性能,吸收作用大于散射作用,同时粒子对近、中红外辐射的消光性能明显好于远红外波段;消光效率因子和消光系数随波长增加逐渐减小;消光效率因子随粒子直径的增加而增大,近、中红外波段的消光系数大于远红外波段,其中直径0.25~1 μm粒子的消光系数最大,直径1~4 μm粒子的消光系数随直径增加逐渐减小,直径大于4 μm的粒子对各波段红外的消光能力受粒度变化的影响很小;消光效率因子随粒子片层厚度的增加逐渐增大,近、中红外波段的消光系数随厚度的增加有所减小,而远红外波段的消光系数受粒子厚度变化影响不大。