一种目标光辐射线偏振度测量新方法

为了提高目标光辐射线偏振度的测量精度,更好地满足偏振遥感的应用需求,提出了一种线偏振度测量新方法.该方法通过测量目标在多个偏振方向的偏振辐射,并将所有测量结果直接用于待测目标线偏振度值的计算,改善测量系统的信噪比,从而提高系统的线偏振度测量精度.在现有的多波段偏振辐射计上通过修改软件添加了该新方法,并和常规线偏振度测量方法进行了比对测量实验,结果表明:新方法的线偏振度测量精度稳定在1%以内,基本可以满足测量条件及目标缓变但偏振测量精度要求高的应用需求.     

基于黑体红外偏振特性的定量分析探索

通过基于微面元理论的偏振双向反射分布函数模型,推导分析了物体表面红外辐射偏振传输方程的Stokes表达式,得出物体表面红外线偏振度与表面反射率(发射率)、波长、探测角度以及波长、目标与背景辐射差异等参数的数学关系;针对环境因素对红外偏振度的影响,开展了不同材质以及标准黑体的中、长波红外偏振成像及红外高光谱偏振成像实验,结果表明:黑体表面的红外偏振度与波长不相关,进而提出以标准黑体红外偏振特性作为溯源基准进行红外偏振定量处理的方法.     

“猫眼”逆反射器的偏振特性分析

根据矢量场的光线追迹方法和光路的几何关系,推导得出入射高度（归一化）、折射率和逆反发散角之间的变化关系,以逆反发散角最小为目的,得出猫眼逆反射器的最佳设计参数,并利用ZEMAX进行光学设计。基于三维琼斯矩阵法对所设计的猫眼逆反射器进行了偏振光线追迹和偏振特性研究,重点分析了猫眼逆反射器的位相延迟和二向衰减特性及其对光束偏振态的影响,理论计算表明:猫眼逆反射器在出瞳面上的位相延迟最大不超过0.3,二向衰减均低于0.027,且线偏振态入射猫眼逆反射器,出射仍为线偏振态,即偏振方向保持不变。对此,利用FRED对所设计的猫眼逆反射器进行了以水平、45、圆、椭圆偏振态入射的仿真模拟,验证其理论分析的正确性。结果表明:经猫眼逆反射器逆反后的偏振态仍与入射偏振态相同,偏振方向不发生改变,这与理论计算结果相一致,即猫眼逆反射器具有保偏振态不变的效应,这对猫眼逆反射器的推广应用具有重要意义。     

基于长波红外成像系统的红外辐射特性测量方法

地基红外成像系统是靶场领域实现目标跟踪、实况记录成像的重要成像设备之一。配有高性能红外辐射定标系统的地基长波红外成像系统,可对低温以及常温目标实现高精度辐射特性测量。通过建立制冷型红外辐射特性测量系统的辐射测量模型,在7.7~9.3 μm长波波段利用某光学口径为600 mm的长波红外辐射测量系统实现了对目标的高精度测量。实验结果表明,辐射测量的精度为16.81%,能满足靶场对高精度辐射测量的要求。     

基于长波红外的海面场景偏振特性分析与建模

针对海面场景长波红外偏振特性建模问题,文中根据表面微元双向反射分布函数BRDF,对物体表面偏振效应进行了分析,并结合红外发射效应和红外反射效应的综合作用,提出了一种长波红外偏振度计算模型.该模型有效描述了偏振度和物体自身红外发射值、红外反射值以及探测角之间的关系.利用Radtherm IR软件对海水辐射、大气辐射与舰船目标辐射进行计算,结合本文构建的偏振度计算模型,仿真了不同时间段内、不同观测角度下海面背景和舰船目标在长波波段的偏振度变化规律.通过仿真数据与实际测量数据的对比分析,结果表明两者具有较好的拟合度,验证了该模型对于海面场景偏振度计算的有效性.     

满足烟幕透过率测量的红外辐射源设计

经过理论分析计算,估算出了满足烟幕透过率测量要求的红外辐射源辐射特性,依此,对国内生产的各种红外辐射器件进行了调研分析以及试验测量,最终选择远红外陶瓷发热片为红外辐射源的辐射器件。提出了红外辐射源的结构设计方案,并作了验证试验。进行了烟幕透过率测量仿真计算,分析了辐射源的波动对烟幕透过率测量精度的影响。     

三波段大气传输红外偏振特性对比分析

偏振成像系统利用目标和背景偏振度上的差异,有效地提高了人造或伪装目标的探测识别效率。但红外目标的偏振传输是一个复杂的过程,受大气的影响较大,因此,有必要对不同目标的偏振特性和其影响因素以及大气作用的影响（包括大气吸收、辐射及悬浮粒子散射等）进行研究。进一步推导了红外偏振辐射控制方程;基于对目标和背景偏振特性的先验知识,利用大气传输计算软件MODTRAN对3个典型红外波段的大气吸收及程辐射进行计算;并对大气传输后的目标辐射偏振度对比度和强度对比度进行仿真。结果表明:在短波红外波段,目标的反射成分占主导地位;在中波红外波段,目标的自发辐射和反射均不可忽略;在长波红外波段,目标的辐射占主导地位,利用偏振成像效果优于强度成像。结果与理论分析基本一致。研究内容为红外波段目标的探测方式选择提供了参考依据。     

近红外偏振探测器校正方法

近红外偏振探测器是近年来一种新的探测器结构,它将光栅附在了焦平面探测器的表面.为了解决光栅透射率和角度不均匀对线偏振度测量的影响,采用了一种新的线偏振度求解方法.该方法对光栅透射率和光栅角度进行了校正,消除了光栅透射率和光栅角度不均匀性对线偏振度测量的影响,理论上表明了红外偏振成像质量与光栅透射率和光栅角度无关.实验结果显示,在使用黑体作为标定光源和不考虑偏振像元之间串扰的情况下,采用原有的计算方法得到的结果是真实值的14%~24%,透射率校正后的结果是真实值的80%~120%,透射率和角度校正后的结果是真实值的96%~104%.     

基于水面特征波纹的潜艇多波段光电偏振成像探测性仿真研究

潜艇探测技术是海疆国防急需的关键技术,潜艇的“直接”和“间接”成像探测往往都涉及到水面波纹的检测问题。基于偏振成像的探测方法能有效地探测水面的三维波纹面形,其中对水面偏振特性的检测与计算是面形重建的重要一环。建立了水面光电偏振模型,对不同气象条件、水温下昼夜可见光与红外波段水面偏振特性进行了仿真分析,结果显示水面可见光和短波红外波段偏振主要是s偏振,中波/长波红外波段偏振是p偏振;随着入射角的增大,偏振度先增大后减小,且水面红外偏振度随着温度的升高而增大。搭建了基于Stokes矢量的偏振成像检测系统,对可见光波段、中波红外和长波红外波段的水面偏振度进行了实验测量,仿真结果与测量结果基本一致,证明了光电偏振探测模型的有效性。分析了常见波段偏振成像探测的特点,可为水面偏振特性的分析及计算提供理论仿真和实验方法。     

典型背景和目标的长波红外偏振成像实验研究

红外成像可以获得目标的强度信息,偏振成像可以获得目标的偏振信息,二者结合更有利于目标的探测识别。实验选用天空中飞机、海面上船只、草地上车辆三种典型自然背景下的典型目标作为研究对象,并利用自行研制的四通道同时长波红外偏振成像系统实现图像采集。实验结果表明,相对于传统的长波红外成像,长波红外偏振成像具有以下优势:长波红外偏振度图像在一定情况下具有更高的图像对比度,有利于目标的探测识别;长波红外偏振角图像可以突出目标细节,有利于观察者对场景内容的理解;长波红外偏振度和偏振角图像在一定情况下可以抑制杂波干扰,有利于杂波情形下的目标成像研究。     

不同湿度环境下可见光波段激光偏振特性研究

雾霾天气严重干扰了可见光成像效果,利用可见光偏振特性可以有效提升探测效率。雾霾环境会受到气溶胶颗粒湿度的影响,湿度是雾霾环境重要物理参数。为了获得可见光在雾霾环境的偏振特性规律,分析了环境湿度对偏振特性的影响。在非偏振光气溶胶单粒子散射特性基础上,采用改进蒙特卡罗方法建立了偏振传输模型,对不同湿度水雾环境下可见波段偏振光传输特性进行研究,重点分析水雾环境湿度改变对不同可见光波段偏振光偏振特性的影响情况并建立了接近真实水雾环境,通过室内实验对偏振模型进行验证,对不同湿度环境下的 450、532 、671 nm 线偏振光与圆偏振光的偏振度与偏振态改变进行了比较与分析,仿真模型置信度>60%。研究结果表明:偏振光的偏振度随水雾环境湿度是呈下降趋势。随着波长的增大,偏振度变化趋于平缓,出射偏振度随着波长的增加而变大,当激光波长为 450、532、671 nm 时,偏振度下降点的湿度值分别为 50%、70%、90%;圆偏振光入射,圆偏振光的旋性对于偏振度没有影响,且高于线偏振度值。对于水雾这种容易受湿度影响较大的环境而言,在可见光波段,应该尽量选择较长波长的偏振光进行传输探测,因为湿度对较短波长的影响比较长波长的影响要大,所以,在湿度较大的环境中,较长波长的圆偏振光是偏振保持特性最好的。在湿度较大的环境中,应尽量选取波长较长的偏振光成像,以达到较好的成像效果。     

红外圆偏振光透雾性能分析

雾对红外系统的探测性能有一定影响,圆偏振光在雾中传输时具有优良的保偏性和持久性,为解决雾的红外遮蔽问题提供了新思路。分析雾对红外光波的衰减是由吸收和散射共同作用;阐述了圆偏振光透雾是由圆偏振光波螺旋性的随机化速率缓慢和圆偏振光子在传播方向的随机化速率缓慢共同作用,致使圆偏振光受雾滴的光散射影响较小;结合圆偏振透雾机理和大气光谱特征,探究雾中目标检测的优化波段,研究表明:在近红外波段的0.78~1.1 m、1.48~1.56 m、1.63~1.86 m、2.03~2.18 m、2.39~2.5 m和中红外波段的3.6~4.15 m,适宜采用圆偏振成像技术提高红外系统透雾性能,长红外波段,雾滴的光吸收占总消光的比例增大,已不宜采用圆偏振成像技术来提高红外系统的透雾性能。最后,分析了红外圆偏振透雾技术的特点,并对深入研究提出了建议。     

偏振CCD相机光学系统的偏振特性分析

理论上推导了通过偏振CCD光学系统的部分偏振光在透射过程和反射过程中偏振特性的变化，定量计算了特定参数下的入射部分偏振光束经过特定单透镜透射后偏振度的分布，给出了偏振度变化的数量级，计算表明一定偏振度的入射部分偏振光束经过透射后，由于偏振度的变化和光线的入射高度以及视场角都有关系，光束偏振度在出射截面上将产生一定的分布。     

液晶型圆偏振调制器

设计了一种液晶（LC）型光圆偏振调制器（CPM）,利用LC材料的电控双折射特性得到出射光的2种圆偏振态。对器件的工作原理进行了详细的说明,进而对器件的特性进行了测试和分析。该LC型光CPM具有小于10V的低驱动电压、ms量级的响应速度和体积小的特点。测试结果表明,该光CPM输出光圆偏振度高达98．8％。     

基于偏振信息恢复的光通信

基于斯托克斯矢量和MC算法,在各种散射系统中研究了偏振信息的传输性能。根据偏振光斯托克斯矢量的散射特性,提出了一种能够减少散射对入射偏振光影响的PR方法。为了验证PR方法的有效性和实用性,仿真了在不同实际大气和水下环境,偏振传输和偏振信息恢复的结果。仿真结果表明,PR方法更适用于粒子半径相对大的杂乱媒介,并且长波可以有效地减少偏振信息的损失。此外,仿真结果也表明,在非均匀的大气媒介中下行和上行链路是不可逆的。在水下,PR方法同样用来减小散射对于光的偏振度的影响。通过PR方法,线偏振度的最大增强可达到16%。这些结果对于未来大气,水下量子保密通信具有重要的意义。     

长波红外偏振图像信息的提取与增强

基于长波红外偏振成像探测技术在目标检测识别领域的优势,本文搭建了长波红外偏振成像探测系统,采集了室内外典型目标的长波红外偏振图像,提取了三类典型目标的斯托克斯矢量、偏振度、偏振角以及两个组合特征δ与ρ等图像信息,并对其特点进行了详细分析。基于对图像偏振信息的解算,提出了一种目标背景对比度增强方法。实验证明该方法可行且有效。     

偏振光谱仪偏振探测精度分析

用于野外地物偏振光谱测量的偏振光谱仪,其偏振探测精度直接影响到地物偏振光谱信息获取的准确性,进而影响到目标偏振特性的解译水平。设计了适用于光栅光谱仪的偏振测量组件,将两种型号的光栅光谱仪改装成偏振光谱仪。基于可调偏振度光源验证偏振光谱仪的偏振光谱测量精度,首先分析了偏振光谱仪的偏振敏感性,然后给出了偏振光谱仪对可调偏振度光源输出不同偏振度谱的实验测量结果。实验结果表明:在460~920 nm波长范围之间,偏振光谱仪具有一定的偏振敏感性,加装退偏器之后,偏振光谱仪对输出光的测量偏振度与可调偏振度光源输入的标准偏振度具有很好的一致性,实测值与理论值的绝对误差均在2%以内,从而验证了两种型号的偏振光谱仪偏振测量组件设计的可行性,能够满足实验测量的要求。     

偏振光波的矩孔矢量夫琅禾费衍射

利用瑞利—索末菲矢量衍射公式导出偏振光波矩孔矢量夫琅禾费衍射的解析计算式,通过模拟实验研究了椭圆偏振光的一般孔和亚波长孔的矢量夫琅禾费衍射情形,可应用于偏振光波偏振度检测和偏振成像等方面,表明所得计算式的有效性和可靠性,可在微光学、近场光学、衍射成像、光束传输变换以及光信息处理等方面发挥作用。     

偏振氧A 带光谱气溶胶垂直剖面反演的信息量分析和灵敏度研究

为评估从偏振氧 A 带光谱中提取的气溶胶垂直剖面的信息量及提高光谱分辨率对偏振测量的气溶胶垂直剖 面信息的影响, 采用线性化矢量辐射传输模型 (UNL-VRTM), 对氧 A 波段线偏振度 (DoLP) 星载测量中气溶胶垂直剖 面的信息量及不同观测条件和光谱分辨率下 DoLP 的气溶胶峰高信息量变化的影响因素进行分析。研究结果表明, DoLP 所包含的气溶胶峰高的信息比辐射度更多, 辐射度的信号自由度 (DFS) 最高为 0.49, 而 DoLP 的 DFS 为 0.76; 且 随着光谱分辨率的提高, 气溶胶峰高信息量增加, 对表面反射率、观测几何以及先验误差的依赖大大降低。