天基光学遥感成像仿真中大气影响分析与模拟

模拟大气对成像的影响是天基光学遥感成像仿真中一项非常重要的工作。首先针对工作于可见光到热红外波段（0.4～14 m）的天基光学遥感成像系统,引入了考虑场景内部目标与背景之间相互影响的遥感器入瞳处的辐射方程,并基于线性模型模拟了邻近效应。设计了计算大气透过率、上涌辐射和下涌辐射的大气查找表,分析了水汽含量、气象视距、目标高度、太阳-遥感器-目标之间的位置关系对大气辐射计算的影响,为查找表输入参数的选择提供依据。最后,通过长曝光和短曝光图像的调制传递函数,分析了光学湍流对天基光学遥感成像的影响。     

辐射特性测量大气传输修正研究:大气辐射传输模式和关键大气参数分析

工作于大气中的光电测量（或遥感）设备接收的目标辐射信号受大气衰减和大气背景辐射影响。大气传输修正是目标辐射特性测量的一个重要环节。介绍了目前国际上实用的大气辐射传输计算模式及影响大气传输的重要大气光学参数的探测方法。对影响红外波段大气传输的重要大气光学参数作了分析,论证了辐射测量大气传输修正系统必须测量的大气参数。     

基于FTIR的目标背景辐射测量方法研究

介绍了用FTIR光谱仪进行目标背景辐射测量的方法,通过黑体对系统的光谱响应进行标定,得出系统的仪器响应函数IRF。分析背景辐射和大气的衰减作用对目标红外辐射的影响。应用MODTRAN大气辐射传输软件计算大气辐射等相关参数,给出了大气透过率谱以及测量得到的大气背景辐射谱。     

基于OGRE的动态红外场景仿真研究

对基于OGRE渲染引擎的红外场景仿真框架进行了研究,初步实现了一个动态红外场景仿真系统。该系统建立了符合红外辐射传输过程的“目标-背景-大气-成像系统”综合模型,能够按照用户输入参数和控制。生成不同效果的动态红外场景图像。     

MoS2和MoTe2同质结和异质结中的表面电势排列

过渡金属硫族化合物（TMD）薄层仅改变几何形状（如层厚）就可调节带隙、电子亲和势和费米能级，使器件设计更灵活。但因缺乏费米能级排列信息，TMD同质/异质结器件常因未知的能带弯曲而偏离预期。利用扫描开尔文探针显微镜（SKPM）表征了TMD同质/异质结，结果显示，MoS₂和MoTe₂同质结的费米能级随层厚增加向本征费米能级移动（背景掺杂浓度降低），而MoTe₂/MoS₂异质结中探测到宽耗尽区和强光响应，同时给出表面污染（分子尺度）对单层TMD表面电势的影响。上述发现将在器件设计中帮助精准堆叠范德华（vdW）层。     

基于OGRE的三维红外云仿真

根据实际需要简化了云的辐射模型,利用Modtran软件对整个场景的大气进行计算,得到大气路径辐射和透过率。再通过GPU的并行处理对整个数据进行采样,模拟出大气辐射传输效应。最后通过OGRE的粒子系统模拟出三维云体,结合云的自身辐射特性和大气效应模拟出三维红外云场景。仿真结果表明,生成的三维红外云场景有较好的真实感和实用性,为后续其它研究提供基本数据。     

通用大气辐射传输软件CART在场景计算中的应用（特邀）

研制了通用大气辐射传输软件CART,可以根据大气参数计算可见光到远红外波段的大气光谱透过率和背景辐射（包括环境散射太阳辐射和热辐射）。光学工程特别关注某一波段的大气透过率随天顶角、距离等参数的多维变化,需要快速计算这些场景变化的大气光学特性。介绍了CART新增的大气辐射传输二维场景计算功能。引入离散坐标法（DISORT）模块,一次计算可同时得到各方位角和天顶角的多次散射辐射强度,大大提高了计算效率。对于大气透过率和热辐射随空间位置的变化缓慢的特点,采用抽样计算、样条插值的方法,在保持计算精度基本不变的情况下,大大节省了计算时间。对于场景计算,相对于逐点串行计算,速度提高了2~3个量级。这在实际工程应用的大气辐射传输场景计算中将有重要的应用。     

海天背景红外成像仿真系统

设计了海天背景红外成像仿真系统:利用大气传输软件Modtran计算天空背景和太阳的红外辐射;基于JONSWAP海谱模型构建二维海面;基于热辐射理论和粗糙面散射理论分别计算海面和目标的红外辐射及对背景辐射的散射;最终可获得海天背景红外仿真图像.对于海天背景辐射特性和目标识别算法研究具有重要实际意义.     

地球临边场景红外遥感成像仿真方法

地球临边场景仿真是卫星红外探测领域的关键组成部分,是空中高速目标远距离探测场景模拟的重要基础。临边观测下的地球表面近似于球面,传统的基于海洋三维形态并计算表面辐射特性的海洋红外图像仿真方法不适用。云层的厚度和高度对红外辐射传输特性的计算有重要影响,视云层为粒子团的处理方法会大大降低仿真的计算速度。因此,研究了海洋和云的红外辐射模型、地球-空间坐标系与红外相机坐标系的转换关系和大气传输模型,提出地球临边场景红外遥感成像仿真方法。根据场景组分的差异,分别建立海洋分布模型、多层云分布模型,并根据海洋和云层的红外辐射与反射特性,构建地球临边场景红外辐射模型。通过地球-空间坐标系与相机坐标系的转换关系,利用大气传输理论和传感器效应仿真,计算各观测角度的地球临边场景卫星遥感红外仿真图像。实验结果表明:仿真得到的红外图像画质清晰,符合地球临边场景红外辐射特性,其平均拉普拉斯算子和可达0.15,平均灰度梯度可达0.70。     

红外预警卫星空间虚警源辐射特性分析

针对红外预警卫星的虚警问题,研究了地球同步轨道红外预警卫星的空间辐射环境。在计算卫星探测谱段内的地球背景辐射特性并将其作为衡量基准的基础上,分析了空间环境中可能造成红外预警卫星虚警的辐射源,并对各种空间辐射源在红外预警卫星短波探测谱段2.63~2.83 m和中波探测谱段4.18~4.50 m的辐射特性进行了数值计算。结果表明:太阳直接辐射对卫星探测器的辐照度远大于卫星的背景辐射强度,应采取规避措施;红外预警卫星的主要虚警源为月球辐射和近地轨道航天器辐射;月球辐射的影响主要来自镜头的聚焦作用;近地轨道航天器辐射的影响发生在红外预警卫星的中波探测谱段,研究结果可为研究相应的背景抑制及虚警源识别技术提供参考。