空间目标天基成像探测信噪比分析

针对目前荧光内窥镜设计缺少信噪比模型而无法对其探测性能进行评估的问题,结合近红外光谱在生物组织中的传输特点,开展了荧光内窥镜全链路信噪比模型的建立与肿瘤探测深度的仿真研究。根据生物组织结构特点,构建双层组织-肿瘤模型;利用蒙特卡洛方法计算近红外光分布,结合光散射过程和荧光分子探针受激发射荧光过程,建立了光传播的信噪比模型,进而仿真分析了不同尺寸肿瘤在不同深度产生并传播至组织体表面的荧光照度和荧光内窥镜的探测信噪比。当总功率为2 W、发散半角为45°、波长为808 nm的入射光束激发位于组织体内13 mm处的半径为5 mm的肿瘤时,信噪比接近2.18 dB。该信噪比模型为荧光内窥镜系统设计指标的确定提供了理论基础,也可用于评估现有荧光内窥镜对肿瘤病灶的探测能力。

     

空间目标天基光学成像仿真研究进展

空间目标光学成像仿真在天基光学观测系统研制开发过程中具有重要的价值和意义。以天基空间目标的可见光和激光成像仿真为研究对象,分析了空间目标成像仿真的研究内容、关键技术和方法,重点介绍了天基空间目标激光成像仿真、可见光成像仿真与复合成像探测仿真研究方面的国内外典型研究单位的研究成果以及下一步的研究发展方向,可为空间目标成像仿真研究思路与方法提供借鉴。     

天基光学成像系统空间目标成像模拟技术

提出了一种天基光学成像系统对空间目标和背景成像的模拟方法。首先利用3DMAX软件创建精确的空间目标三维模型;然后根据目标的结构特性建立了目标的光照模型,利用光线跟踪算法计算目标卫星各小面元传递到CCD镜头处的能量值。在此基础上,结合空间环境、空间目标运动特性和成像模型构建了空间目标和背景特性仿真演示系统。仿真结果表明:该方法可有效地模拟天基光学成像系统对空间目标和背景成像。     

空间目标天基光学观测模式分析

对空间目标的监视可采用地基和天基两种方式实现。与地基观测相比，天基观测在空域覆盖性和监视时效性等方面具有较大优势，空间目标天基观测技术已成为当今空间领域的前沿性技术。目前，许多国家和组织都在大力发展空间目标天基观测技术。天基光学观测可采用光学栅栏、特定天区和地球同步带搜索方式实现空间目标的捕获；可通过恒星跟踪和天文定位方法获取空间目标的位置信息；可采用等待或跟踪方式实现对目标的成像。     

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。     

天基空间目标可见光相机探测能力分析

空间目标可见光相机的探测能力与空间目标可见光特性、探测器件性能指标等因素有关。为得到空间光学相机对200~1 500 km中低轨道可见光目标的探测能力,基于基本辐射理论,综合考虑空间目标几何特性、背景特性与材料特性,建立空间目标特性的数学模型,在可见光0.4~0.7μm谱段进行仿真计算。得出可见光相机对中低轨道空间目标探测能力的理论计算方法,并得出相关光学参数计算公式,为空间光学相机的设计提供理论支持。     

空间目标的光度特性及其成像信噪比研究

开展空间目标的光散射与辐射特性的研究,对目标的探测、跟踪与识别、突防等技术具有十分重要的应用价值.本文对空间目标光度特性以及成像信噪比展开了研究.首先,对太阳在大气层外辐射照度进行了计算,推导出空间目标的辐照度计算公式,计算了目标的等效视星等值.然后,研究了J2000.0惯性坐标系中太阳、观测卫星和目标卫星的矢量坐标和各个角度与距离关系,并分析了相对距离、太阳相位角的变化及其对空间目标视星等值的影响.最后,针对CCD相机的系统参数,计算了空间目标CCD成像的信噪比.仿真表明,空间目标的等效星等在不同的观测时刻存在2个星等左右的差别,导致目标成像的信噪比在观测过程中也存在变化.系统地对空间目标的光度特性和进行了研究,为空间目标的探测和识别提供了依据.     

地基红外系统探测空间目标红外星等的分析

地基红外系统探测空间目标的能力与目标辐射特性、背景辐射特性、大气条件、红外光学系统性能、探测器特性等因素密切相关。分析了空间目标在外太空背景下的红外辐射特性,基于满足红外焦平面探测器的最低可探测信噪比,综合考虑空间点目标成像的弥散斑、背景辐射和大气衰减的影响,推导了地基红外探测系统对空间点目标的作用距离估算方程。红外星等用来计算星体在红外波段的亮度,讨论了用红外星等划分空间目标的方法和原理。根据中波和长波计算红外星等的公式,给出了不同温度的空间目标与对应的红外星等的关系。为地基红外探测系统的设计和应用以及探测不同红外星等空间目标的综合性能评价提供了理论依据。     

天基空间目标场景成像仿真研究

针对数字化装备构建需求,以天基数字成像系统为研究对象,提出成像链路数理模型构建方法。建立相机、目标光学观测可见性模型和目标几何与光学特性模型,并通过路径追踪全局光照算法及光线重要性采样方法构建成像辐射传输模型,经过光电能量转换及成像调制模型输出空间目标数字成像结果。基于成像平台和空间目标的轨道参数,对比 Satellite tool kit (STK) 二体轨道模型15 d内的可见性仿真结果,验证了提出的可见性模型的正确性。在时间间隔3 s,距离70~200 km的条件下,对姿态对地定向目标进行成像仿真,结果表明,该成像链路数理模型可以有效生成在满足轨道监测条件下的目标序列图像,同时文中模型对天基装备数字系统建设也具有一定参考价值。     

天基可见光相机探测距离仿真分析

探测距离是衡量空间目标天基可见光相机探测、识别能力的一项重要指标.本文从辐射度学和光度学出发,通过对目标光度特性、天空背景特性、CCD噪声特性进行计算分析,建立了信噪比模型,信噪比模型是关于探测距离和成像像元个数的隐式.根据Johnson法则中成像像元个数与探测效果的对应关系,得出探测信噪比、探测距离与探测效果之间的关...     

天基系统CMOS图像传感器成像距离研究

CMOS图像传感器以其集成度高、功耗低、抗辐射能力强和成本低等优势已经逐渐被应用到天基空间目标可见光监测系统中.作为系统成像能力和识别能力的重要指标,准确地分析和评估CMOS图像传感器的成像距离是天基系统设计的前提和基础.在对CMOS和CCD传感器进行对比的基础上,从信噪比的角度出发,以深空作为背景,根据光度学和辐射度学的基本原理,对基于CMOS图像传感器的天基空间目标监测系统的成像距离进行了详细分析和公式推导,并以STAR-1000CMOS图像传感器为例验证了理论模型和计算公式的正确性,最后对进一步提高CMOS图像传感器成像距离的方法进行了简要分析.     

面向天基光学监视的空间目标 TLE拟合与跟踪方法

 针对天基光学监视特点和需求对TLE拟合方法进行改进,使其适于仅测角被动跟踪定轨应用.在采样拟合方法基础上,提出基于测角资料的TLE非线性最小二乘拟合方法;将TLE单点拟合方法与SGP4模型嵌入跟踪滤波过程,在混合坐标系中采用Sigma点卡尔曼滤波方法提高滤波稳定性.仿真结果表明,本文方法在获取非合作空间目标TLE的同时可实现摄动条件下天基光学被动跟踪.     

激光主动探测空间目标的成像仿真

成像仿真可为地基激光主动成像探测系统的优化设计提供参考,为图像处理和空间目标识别算法开发奠定数据基础.介绍了国外成像仿真系统的功能和应用情况,在具体分析激光主动探测空间目标成像仿真原理的基础上,按照目标三维建模、目标散射特性分析、成像仿真及场景可视化四个方面,提出了自己的激光主动探测空间目标的成像仿真思路和方法.     

半空间模型的地下目标成像

由于电磁波在穿越不同介质时会出现折射现象,因此在对地下目标成像时,电磁波信号在穿越从雷达到达地下目标的组合通道时,路径不是直线而是折线,此时利用常规的自由空间中的合成孔径成像方法已经不能对目标进行成像。为此,基于电磁波的传播规律和地层有耗媒质的特性,提出了电磁波传输的半空间模型,使其能够充分反映电磁波信号在整个传播过程中的真实路径,并得到了相应的目标回波表达式。将其应用到机载条件下的地下目标成像之后,通过仿真比较,可以明显看出,使用半空间模型对地下目标成像效果有改善,验证了半空间模型适用于对分层土壤中的地下目标成像。     

基于EMCCD的激光主动成像参数分析

摘要：分析了EMCCD成像噪声,建立了EMCCD成像信噪比模型,并推导出基于EMCCD的激光主动成像信噪比模型,最后,仿真大气水平传输、大气斜程传输和空间传输情况下,基于EMCCD的激光主动成像的探测距离和激光功率与成像信噪比之间的关系。