红外成像仿真系统目标/背景辐射能量计算

红外探测系统不仅能探测到的目标红外辐射,也探测到环境背景的辐射。红外制导半实物仿真系统在试验过程中,目标和部分环境背景辐射都进入参试探测器的视场内,而红外探测系统响应的是目标和背景的辐射通量差。根据红外辐射度学的基本理论,结合红外半实物仿真系统的光学系统结构和特性,计算了红外成像仿真目标与试验室环境背景在参试探测器像素的辐射通量差以及红外仿真小目标与环境背景在参试探测器入瞳处的辐射通量差,以便对仿真系统的能量进行定量地分析。     

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。     

红外热成像系统低温极限成像探测分析

从普朗克黑体辐射定律出发,通过计算,得到不同温度下景物的辐射出射度,推导出真空低温密闭环境中景物辐射通过光学系统进入红外探测器的辐射通量的计算公式,得到了探测器接收到的辐射通量,研究了影响探测器性能的主要噪声,并且计算了系列红外探测器的最小可探测功率,进而分析得到了影响红外热成像系统可探测最低温度的影响因素,通过计算得到了系列探测器的低温探测极限.该工作可为用于低温环境和目标探测成像的红外成像测温系统设计提供依据.     

红外探测器脉冲激光干扰仿真

红外探测器在军事或民用上都有着广泛的应用,它主要是通过探测目标的红外辐射来实现对目标的探测.目前应用最多、最广泛的是非成像的红外探测器,即将目标看作一个点源.成像式的红外探测器正得到迅速的推广.成像式红外探测器通过探测目标的不同部分的红外辐射来实现对目标的红外成像,非成像式红外探测器对目标方位和失调角的判断是通过目标红外辐射的调制信息来实现的.本文对红外探测器干扰信号的功率和频率影响进行了数值模拟,取得了一定的结果,理论上初步清楚了脉冲激光干扰红外探测器的作用机理.     

基于焦平面探测器的红外相机成像模型和静态传函测试方法研究

建立了基于焦平面探测器的红外成像系统成像的空间域和频率域模型;并分析指出,由于背景辐射的存在和红外探测器明显的响应非均匀性,只有系统经过良好的辐射校正,方能使其成像过程符合线性和空间不变性条件,使得相机可以采用传递函数来评价其几何成像性能。提出了针对基于焦平面探测器的红外成像系统的传函测试方法,能够有效地处理背景辐射的影响而且不受系统不均匀性的影响,试验和应用实践显示了该方法的有效性。     

地球红外辐射背景成像方法研究

为模拟生成地球红外辐射背景图像, 研究其成像方法。首先将地球表面划分为若干地表区域,考虑大气传输特性、地表类型、地表经纬度及地表海拔高度等因素影响, 根据地表类型, 建立地球表面区域温度模型和红外辐射亮度模型, 然后运用数值计算方法得到地球表面温度和红外辐射亮度分布。根据红外探测器视角与视点,利用OpenGL 实现了红外探测器在太空中对地球背景红外辐射亮度的三维图像显示。结果表明, 模拟生成的地球红外背景图像效果逼真, 可用于红外目标识别和仿真应用。     

地球红外辐射背景成像方法研究

为模拟生成地球红外辐射背景图像,研究其成像方法。首先将地球表面划分为若干地表区域,考虑大气传输特性、地表类型、地袁经纬度及地袁海拔高度等因素影响,根据地袁类型,建立地球袁面区域温度模型和红外辐射亮度模型．然后运用数值计算方法得到地球表面温度和红外辐射亮度分布。根据红外探测器视角与视点．利用OpenGL实现了红外探测器在太空中对地球背景红外辐射亮度的三维图像显示。结果表明,模拟生成的地球红外背景图像效果逼真,可用于红外目标识别和仿真应用。     

低温背景红外目标成像实验研究

模拟低温背景红外场景是完成空间目标探测系统半实物仿真测试的关键技术,但利用现有技术模拟太空低温背景存在一定的困难.使用高低温箱法建立了一种低温背景红外目标辐射特性试验系统,并对红外目标在不同背景温度下的成像情况进行了研究,最后获得了红外目标成像与背景辐射的关系.实验结果表明,对于具有一定温度的黑体目标,背景温度在一定范围内变化时,探测器接收到的图像几乎没有变化,而且正焦位置与离焦位置具有相同的规律.这一结论对于在红外半实物仿真中模拟更低温度背景的红外场景具有一定的参考意义.     

大气流场传输效应对探测系统性能的影响

分析了目标与背景的红外辐射特性,建立了目标与背景辐射温差传递数学模型,研究了大气对红外辐射传输的影响,分别考察了水蒸气、二氧化碳的吸收和大气散射对红外辐射传输的影响;计算了探测系统的主要性能评价参数:调制传递函数、最小可分辨温差和视距,并通过仿真得到了探测系统对目标所成的失真目标图像。研究结果表明,大气流场传输效应会使得探测系统对目标的成像发生像模糊,导致目标与背景之间的对比度下降。     

基于CUDA并行计算的空中目标红外辐射成像计算

建立了一种包含蒙皮和尾焰的空中目标红外辐射成像GPU并行计算方法。采用SLG模型计算尾焰辐射气体的红外特性,采用LOS方法求解尾焰红外辐射传输方程,根据本体与三维尾焰的成像几何关系,采用正向光线追迹方法计算蒙皮辐射成像,采用反向光线追迹方法计算尾焰辐射成像,建立了目标投影算法,并在蒙皮投影计算模块和尾焰辐射计算模块采用CUDA并行提高计算速度,实现了探测器入瞳处目标红外光谱图像的快速计算。结果表明:投影成像算法可准确生成设定条件下的目标图像,目标红外图像辐射分布与温度分布一致,尾焰辐射强度计算结果与实验结果符合较好,CUDA并行算法可有效提高程序的计算效率,当计算量较大时,蒙皮投影模块的计算加速可达百倍以上。     

空间目标在轨红外成像仿真

为了使空间目标红外成像仿真尽量反应实际在轨工作状态,文中综合考虑目标自发辐射、太阳光辐射、地球辐射和地球反照的影响,结合空间目标在轨单点经纬度姿态数据、材料数据、探测器数据等先验信息,提出了一种空间目标在轨红外成像仿真技术。首先,阐述了空间目标红外成像仿真的理论模型。然后,以某简单立方体卫星为例,进行了在轨红外成像建模与仿真。所提出的空间目标红外成像仿真方法对空间目标探测、识别与跟踪算法的研究具有重要意义。     

运动平台红外凝视场景的仿真

对空间运动载体平台上的红外凝视探测器成像仿真是深空探测红外图像信息处理算法研究的基础性工作.在传统的场景仿真中,成像弥散、相机与目标的运动对图像的影响往往被忽略,为了对红外凝视成像系统所成场景进行合理仿真,在对红外凝视成像原理和探测器自身运动、探测目标运动的动力学方程进行分析后,分别对影响红外凝视成像效果的红外成像探测器探测距离、弥散现象、成像面积、自身运动和目标运动等因素进行推导和建模,得到了红外凝视成像系统目标作用距离、弥散圆能量分布,目标成像面积以及相机运动耦合的理论表达式以解决成像平台运动时目标成像高逼真度仿真的问题.最后进行了目标运动与探测器运动条件下的场景仿真.仿真图像表明了模型的有效性.     

深空动态场景目标红外图像仿真研究

针对深空背景空间目标的红外图像仿真问题,首先根据热平衡理论,对典型空间目标进行建模,得到目标不同部分的温度;然后建立目标的红外辐射模型,得到目标的红外辐射光谱特性;接着提出了一种基于红外星表数据库的星空背景建模方法,模拟任意时刻,任意视场大小和指向的红外星空背景;最后得到了不同距离、不同姿态空间目标与深空背景合成的红外图像仿真序列,实现了探测器不断接近目标过程中的红外辐射图像仿真.     

红外偏振成像系统高速处理模块设计

基于中波制冷320256红外焦平面探测器，设计了以FPGA为处理核心，集SDRAM存储器及其他功能模块电路为一体，适用于时间分割型偏振成像系统的高速成像处理模块。处理模块主要由前端与探测器相连的驱动板、以FPGA为核心的处理板和系统电源板等组成，实现了盲元补偿、非均匀性校正、平台直方图均衡、线性映射等算法和校正参数的在线计算，具有内外同步可切换、积分时间连续可调的功能，能够输出分辨率为320256像素、帧速为200 fps的高质量红外图像，满足偏振成像系统对运动目标的实时探测要求。采用旋转偏振片的方法对带凹槽塑料水杯开展偏振成像实验，提取出有效的Stokes参量图像，观察到显著的偏振特性。该处理模块可广泛用于空间目标探测、地雷探测、海上搜救及伪装目标的探测等领域。     

TDI型红外探测器空间校正方法的设计与实现

时间延迟积分(TDI)型红外探测器作为第二代红外探测器,具有更高的温度灵敏度和更大的扫描成像视场.和面阵成像探测器相比,TDI型红外探测器必须在装置中加入扫描机构进行扫描成像,由于TDI型红外探测器光敏元在空间的位置交错排列,为了保证奇偶像元对同一目标成像,这就涉及到扫描方向与探测器奇偶像元空间匹配的问题.以480×6红外探测器为例,详细介绍了TDI型红外探测器光敏元的排列结构、工作方式以及空间校正的原理,给出了空间校正的算法和FPGA实现方法,并通过仿真和实验验证了方法的正确性.     

空间目标红外成像特性建模与仿真

基于空间目标成像特性的几何模型,引入了区域分解、网格划分的思想,利用双向反射分布函数建立了空间目标红外光谱特性与成像特性的数学模型,给出了目标在探测器入瞳处及像面上的能量分布计算公式。基于目标和探测器的轨道参数,分析了空间目标的成像条件,给出了成像角度和成像尺度判断的数学依据。以风云一号卫星和伽利略卫星为例,根据目标的结构特性、材料特性、轨道特性等确定输入条件,计算获得了目标在探测器入瞳处的辐射照度及目标红外星等随时间的变化关系,同时获得了目标灰度图像随时间的变化特征。仿真结果验证了建模方法的正确性,实现了空间目标红外成像特性的动态模拟。     

中段目标平动及微动的红外辐射特性分析北大核心CSCD

红外辐射特性是对弹道目标进行探测和识别的主要依据之一,而目标结构、材料、空间位置、运动形式都会对其辐射特性造成影响。论文针对天基红外探测场景下中段目标平动及微动的辐射特性分析开展研究。首先构建天基红外探测场景模型,通过轨道仿真计算不同时刻中段目标的空间位置、相对探测器的空间姿态等参数;其次基于中段目标红外辐射模型,综合考虑不同位置及姿态参数下太阳辐射、地球背景辐射等参数,计算相应的目标温度与辐亮度等;最后综合考虑目标相对探测器的空间距离及姿态,仿真不同波段下红外探测器获得的中段目标辐照度,以及不同运动形式对辐照度的影响。仿真结果表明,目标微动对辐射特性的影响不可忽视,可作为目标识别的一个特征,为后续目标探测与识别提供数据支撑与指导。     

引入探测器特性的空间目标红外灰度序列仿真研究

针对空间目标红外识别系统难以获取目标数据的问题,对目标红外灰度序列进行了仿真研究.通过计算目标和探测器的轨道运动参数,结合目标的微动特性得到探测器平面的投影面积观测模型;并构建目标表面温度分布模型,进而获得探测器接收的目标红外辐射强度序列.与以往方法不同的是,通过进一步考虑探测器自身成像效应,仿真得到了目标红外灰度序列...