红外预警卫星最佳探测波段分析

为解决红外预警卫星在近中红外的最佳探测波段问题,采用建模仿真的方法获得了2～5μm波段范围内不同高度条件下火箭尾焰目标的红外辐射光谱特性,利用MODTRAN软件包计算了典型大气条件下同样波段范围内不同高度处的大气透过率和地球/大气背景红外辐射光谱特性,在此基础上计算了目标背景之间的对比度.通过分析目标背景对比度的变化规律可知:随着飞行高度的增加,目标背景对比度会先增大后减小,但无论在什么飞行高度,2.63～2.83μm和4.18～4.50μm波段的目标背景对比度都较大,比较适合目标探测,并且这两波段还具有更加精细的波段结构,实际应用中可根据探测需求选择更小的波段范围并确定相应的中心波长.     

地表背景条件下红外低温点目标探测距离研究

点目标的探测距离受目标与背景温差、红外系统分辨率和系统噪声等效通量密度限制,基于此建立了地球背景条件下的点目标探测距离模型。分析了点目标和典型背景(冰盖、海水和植被)在2.6~2.8μm波段、3~5μm波段、8~14μm波段的红外辐射特性,计算了不同背景和不同视场分辨率条件下点目标的探测距离,研究表明,以地球为背景探测点目标应当选择2.6~2.8μm波段,对某典型尺寸目标的理论探测距离可以达到700km以上。     

星载红外探测对比度的计算与分析

推导了星载红外探测在地面、大气双背景下探测器处的辐射照度对比度计算公式,计算了目标在不同温度、不同高度的目标与背景的绝对对比度和相对对比度。分析指出:随着目标温度、高度增加,在波长大于2.5 m 区域绝对对比度与相对对比度相应增大,目标高度越高,同等距离下对比度随目标高度的变化越小;波长小于2.5 m 需考虑太阳的影响;当目标在0 km 高度时,2.9~4.1 m 波段为最佳探测波段,随着目标高度的增加,可用探测波段范围增大,峰值波长向短波方向微移,当目标高度大于10 km 时,相对对比度峰值在2.6~2.8 m 之间;距离地面越近,大气对红外辐射的衰减越大。     

基于系统对比度的目标探测谱段分析

天基平台下对飞机目标的探测具有距离远、目标信号能量弱的特点,需选择合理的谱段以得到较强的信号能量。本文通过建立系统对比度模型,从系统的角度分析对比度对探测谱段选择的影响,并结合目标和背景的辐射特性,对不同类型飞机在不同探测距离和探测角度下分析仿真,仿真结果表明:系统对比度可以有效选择探测的谱段,在不同波段处,系统对比度存在明显差异,且会随着探测距离和探测天顶角的增加而下降,但系统对比度的峰值不发生偏移,主要峰值点为4.15μm和4.4μm,较强对比度波段为4.09~4.19μm、4.3~4.5μm、8~9.2μm和10.5~12μm,上述波段比较适合用于飞机目标探测。     

星敏感器白天观星的对比度分析

恒星-背景对比度是星敏感器白天探测恒星的一个重要参数,它决定了星敏感器可探测星等的极限值.叙述了恒星-背景对比度的计算方法,分析了星敏感器在3°× 3°视场角和0°与40°两个观测角下,6等K和M型恒星的对比度随观测高度、太阳天顶角、波段和恒星光谱类型的变化特征.结果表明:对比度随观测高度的增加按指数增加,40 km高度上的对比度是10 km上对比度的100倍左右;随太阳天顶角的增加按线性增加,长波波段上80°太阳天顶角的对比度是20°时的6倍左右;经过滤波片(B W 090)滤光的全波段(0.4～1.0μm)上的对比度和0.6～0.7μm分波段的对比度较接近;全波段上的对比度随恒星光谱类型几乎不变化.这些结果可用于星敏感器在大气层内白天观测恒星的星等极限估计.     

近红外多视场白天测星分析

近红外多视场恒星探测系统采用3个探测器同时进行恒星探测,分析了近红外波段白天恒星-背景对比度随探测参数的变化情况,对不同视场对比度进行对比,结果表明:随着探测天顶角的增大,恒星-背景对比度呈线性增大;太阳天顶角大于探测器天顶角以后,恒星-背景对比度随太阳天顶角近似于指数增长;一定高度时,对比度随探测器高度的增加近似指数增加;而随着探测方位角的增大,恒星-背景对比度呈高斯分布;三个视场内同一时刻的背景辐射比在主视场0探测方位角时达到最小,探测到的恒星-背景对比度随主视场探测方位角变化呈对称分布,为星等修正奠定较好的基础。     

不同背景下高超声速飞行器红外可探测性分析

为了选择设计红外预警卫星的最优探测谱段范围,采用一种基于目标与背景对比度确定探测谱段的方法,在综合考虑目标、背景及探测方向等因素、结合探测器参量的前提下,分别对类HTV-2飞行器在不同工况、不同观测角度和不同波长范围内的辐射强度、多种地球/大气背景辐射及不同情况下的目标背景对比度进行了理论分析和仿真。结果表明,针对类HTV-2飞行器,正俯视观测时,在30km高度、马赫数Ma=7和50km高度、马赫数Ma=17两种工况下,任一背景下,目标与背景对比度在2.65μm~2.85μm谱段处都较大。该结果对探测这一类目标时的谱段选取具有重要参考价值。     

基于偏振检测技术的海面太阳耀光抑制方法

为了更好地抑制太阳耀光对海面目标探测的影响,基于偏振检测技术并结合背景水体、太阳耀光与典型海洋目标三者之间的偏振特性差异提出了一种海面太阳耀光抑制方法.分析了观测天顶角、太阳天顶角对太阳耀光背景下海面目标偏振度以及海面目标与太阳耀光背景对比度的影响,结果表明,在晴朗天气下对海面目标进行探测时,背景辐射主要受太阳辐射从海面直接反射产生的辐亮度影响.可见光波长550 nm与670 nm对太阳耀光的抑制效果无明显差异,均在53°观测天顶角附近、50°～60°太阳天顶角方向以及太阳天顶角和观测天顶角之和为106°左右时对太阳耀光的抑制效果较好.该研究对于提升海面目标与太阳耀光背景图像的对比度以及海面太阳耀光背景下的目标检测效果具有重要意义.     

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.     

空间目标红外地基探测的信噪比分析

建立了天空背景辐射、大气传输和地基探测系统的仿真模型,并基于已有的低轨道卫星红外辐射特性的模型,整合了一套研究空间目标红外探测的方案。利用该方案计算了探测器对卫星探测的信噪比,分析了卫星在不同过境时间的红外地基探测的效果。通过比较不同红外波段的探测信噪特性,探究了在不同情况下如何选择最佳的观测波段。研究结果显示,当目标处于日照区而观测点在阴影区时,近红外波段的探测信噪比很高,当目标进入阴影区后该波段无探测信号。不论卫星是在日照区还是阴影区,远红外波段始终可进行探测,但是当卫星表面温度较低或者距离较远时,信噪比较低。另外,由于卫星电池板的对日定向特性,探测器接收到的红外辐射信号会随着太阳高度角的变化而出现不同的特性。     

地平式跟踪架近天顶跟踪性能影响因素分析

为解决地平式跟踪架在天顶附近易丢失跟踪目标和克服天顶盲区对系统跟踪能力的影响,分析探讨了天顶盲区的形成。结果表明,跟踪架最大方位角速度、目标的飞行高度和飞行速度这3个参数决定了天顶盲区范围;全面分析了影响近天顶跟踪性能的因素,并以具体跟踪数据验证了主要影响因素在不同跟踪条件下的变化规律。结果表明,跟踪低速目标时主要受不灵敏区、随机误差两项因素影响。     

目标过顶的程序跟踪控制技术

阐述了利用计算机程序过顶控制技术解决地面站出现跟踪盲区时的过顶跟踪问题。利用实测数据分析了施加程序过顶跟踪控制前后的指向误差。     

基于机械倾斜方式的过顶跟踪算法

首先推导了卫星过顶时盲区的计算公式,然后给出了实施机械倾斜过顶跟踪时,基于TILT A'-E'型三轴座架的倾斜范围的选取方法和倾斜轴方向的确定途径。经实际工程验证,这种倾斜范围的选取方法和倾斜轴方向的确定途径是合理、可行的。     

风云三号卫星接收天线过顶盲区跟踪实现

采用12 m A-E天线座架的气象卫星接收系统在跟踪运行于太阳同步轨道的风云三号气象卫星时,方位角误差随着俯仰角的增大而不断增大,到天顶区域已无法满足跟踪要求。为了解决卫星站过顶盲区问题,在接收天线上增加机械倾斜第三轴,通过分析计算,提出了实用的软件处理方法。实际运行情况表明,此方法较好地解决了过顶跟踪的目标丢失问题。     

成像光谱反射率反演中观测角影响的分析

针对OMIS I机载成像光谱数据,通过6S辐射传输码模拟计算和相应理论分析,讨论了观测角变化对传感器入瞳处辐射亮度的影响和由此引起的反射率反演误差.结果表明:在太阳反射波段,观测角的影响有很强的波段特性,大气散射作用较强的短波长波段与大气气体强吸收波段是这种影响的敏感波段;地面目标亮度不同,这种影响也是不同的,对低反射率目标影响较大,而对高反射率目标影响甚微;另外遥感器飞行高度也是决定这种影响情况的重要因素.     

适用于任意阵列的多径信道二维方向角与相对时延的联合估计方法

在多径传输的情况下,经常需要估计各路径的二维波达方向角度及相对时延.本文给出了在信道冲激响应可以估计的前提下,一种基于波达方向矩阵法的二维方向角与相对时延的联合估计方法,该方法充分利用了已知的信号码形信息,给出了一种无需进行搜索的闭式解,与基于多维MUSIC或多维ESPRIT的方法相比,具有运算量小的优势.     

滚仰式捷联导引头视线角速度提取技术研究

滚仰式捷联导引头具有很好的应用前景,但在过顶跟踪时提取稳定的视线角速度问题一直没有妥善的解决方法。提出一种利用导引头提供的失调角、框架角及框架角速度等信息构建"虚拟偏仰式导引头"的方法,设计Kalman滤波器对目标垂直视线运动信息进行估计,进而间接提取出视线角速度信息,用于产生制导指令。仿真结果表明,在过顶跟踪时该方法能有效抑制视线角速度抖动,视线角速度精度显著提高。     

基于大气折射效应的星地背景光误码率分析

研究了大气折射效应对星地量子密钥分发(QKD)系统的背景光误码率的影响,研究过程中考虑了白天晴天、满月夜晚和无月夜晚三种不同的背景光条件。建立了分层结构的星地QKD信道传输模型,模拟大气折射效应对信号传输距离的影响;基于此模型仿真分析了考虑和忽略大气折射效应时只考虑背景光的误码率随天顶角的变化趋势。结果表明:忽略大气折射效应将对背景光误码率产生较大的影响,此外在无月夜晚背景光条件下可以获得相对最低的误码率。     

地球科学激光测高系统大气延迟修正算法

为了对大气传播延迟误差进行修正,达到精确测量的目的,推导了天顶延迟的理论计算公式;在大仰角情况下提出了一种简化的映射函数,并把它与连分式映射函数进行了比较。以地球科学激光测高系统在南极的观测数据为依据,分析得到该系统的平均大气延迟量为2.35m,修正误差控制在12mm以内。结果表明,在大仰角情况下,两者对总延迟的影响差异不超过0.1mm。总的延迟量可以通过天顶延迟和映射函数计算得出。     

红外小目标与背景对比度特性研究

目标与背景的对比度特征是红外系统所能探测到的最终特征,对红外小目标与背景的对比度进行了研究,分析了目标与背景的对比度与哪些因素有关,同时对于涉及到目标、背景在探测器上产生的辐射照度进行了计算。