伪装材料表面偏振散射的几何光学解

散射光的偏振特征可以作为遥感信息来识别目标,给伪装技术带来了新的威胁.文中采用偏振相机在光学与红外波段测试了染料型和涂料型伪装材料的偏振散射光谱,研究了不同探测波段下粗糙材料表面的偏振散射机理.研究结果表明:染料型伪装材料的偏振度很小,当光源以不同的入射角照射其表面时,偏振度基本保持不变;涂料型伪装材料的偏振度较大,且随着入射角的增大,其散射光的偏振度也逐渐升高;材料散射光的偏振度与表面粗糙度成反比,染料型伪装材料具有较大的表面粗糙度,在与入射光的作用过程中多次散射占优,因此,其偏振度很小.利用几何光学理论分析了材料表面的偏振散射机理,分析结果与实验结论相吻合.在一定条件下,伪装材料的偏振散射特征与背景不同,偏振信息在伪装目标识别方面具有重要的军事应用价值.     

典型伪装材料高光谱偏振特性实验检测与分析

针对传统检测方法无法在复杂背景下同时获取伪装材料偏振信息与光谱信息的局限性,本文利用高光谱偏振成像技术对典型伪装材料检测并分析其高光谱偏振特性。使用一套分孔径同时式高光谱偏振成像系统,对伪装涂层和伪装网等典型伪装材料进行高光谱偏振检测并解析出伪装材料的9个偏振参量,获得了伪装材料与背景的相对反射率随光谱改变的变化规律。结果表明,利用伪装材料与背景的偏振特性差异,选择合适偏振参量可以增加目标的纹理细节特征并提高其对比度;分析其光谱偏振特性,选择760 nm检测波段有利于快速准确地检测伪装材料。     

偏振遥感识别低反射率伪装网研究

偏振遥感是一种新型的侦察手段,具有传统遥感所不具备的优点,是研究大气与地面目标的重要方法.为了研究伪装目标的偏振散射特征,在光学与红外波段测量了三色迷彩伪装网的偏振参数.研究发现,在探测条件一定的情况下,伪装网散射光的偏振度受入射角度和表面反射率的影响较大.入射角增大,伪装网散射光的偏振度也随之增大;表面反射提高,其散射光的偏振度降低.偏振度成像可以增强低反射区域的亮度和对比度,而偏振角成像对伪装网的外形特征非常敏感,偏振遥感对复杂背景中的低反射率伪装目标识别具有独特优势,对军事伪装目标的生存构成了严重威胁.     

伪装遮障的光学与红外偏振成像

为了研究伪装遮障对抗偏振遥感的侦察效果,采用多波段偏振CCD相机在光学与红外波段获得伪装遮障的偏振图像,并提取其中的偏振信息.研究发现:在表面形态一定的情况下,伪装遮障散射光的偏振信息受光线入射角和表面反射率的影响较大.偏振信息对遮障的表面粗糙度和空间结构非常敏感,可以增强图像中目标与背景的对比度,提高识别准确率.伪装遮障和自然背景的散射光偏振度和偏振角信息有较大差别,因而,根据偏振信息成像可以有效地识别出图像中的伪装遮障,偏振成像在伪装目标识别方面具有重要的军事应用价值.     

多偏振方向对低照度伪装目标偏振度提取的影响

基于Stokes矢量和Mueller矩阵,推导了任意偏振方向的线偏振度表达式,实施了多偏振方向的低照度伪装目标偏振检测实验,以多种伪装相关的人材料三波段偏振反射实验数据为依据,采用数值计算方法讨论了上述实验结果,探讨了多偏振方向影响偏振度的误差和稳定性问题。研究表明,探测角在镜面反射方向附近,间隔60°的偏振度图像的清晰度和对比度较高,数值计算结果能合理地解释实验结果,一致性较好;发现当三个偏振方向角A、B、C之间的间隔角度ΦAB∈［40°,80°］和ΦAC平均值为2.06ΦAB时,偏振度标准差较小,低照度条件下获取的偏振信息较稳定。     

涂层材料的偏振光谱反射特性分析

绿色涂层是重要的军事伪装材料。本文基于偏振探测理论,通过高光谱反射偏振实验测量,对比分析了深绿与中绿两种涂层材料的反射与偏振特性,得到了它们的二向反射函数、线偏振度随波长的变化规律,以及二向反射函数BRF与线偏振度DOLP之间的相互关系。结果表明:(1)相比近红外波段,两种涂层在可见光波段的BRF差异较明显,镜面反射的探测角较容易区分两种涂层;(2)当入射角不变时,涂层线偏振度随着探测角增大而增大;随着入射角的减少(或镜面反射的探测角减小),深绿与中绿涂层的DOLP差异增大;(3)涂层的BRF与DOLP的变化在400~1000 nm波段具有负相关性。     

红外偏振探测的机理

偏振探测技术已经成为一种重要的探测手段,其机理研究对红外偏振探测的实际应用和结果分析具有重要的理论指导意义.综述了偏振产生的机理,如反射、热辐射和散射,分析了物体的表面特性如粗糙度、色泽和电导率等对光的偏振特性的影响,并借助多人的实验加以辅证.发现当入射角等于布儒斯特角时,反射光的线偏振度达到最大值;多次散射使光的偏振方向不断偏转,经统计平均后降低了反射或散射光的偏振度;亮的粗糙表面的反射光以多次反射为主,表现出较小的线偏振度;通过检测反射光偏振角的相位差可以确定目标是金属还是绝缘体.     

光谱偏振探测对伪装网的识别研究

为解决传统光强探测手段难以有效探测和识别伪装网这一难题,基于偏振探测技术搭建了光谱偏振探测成像系统,对南方冬季干枯草地背景下的某林地型和荒漠型数码迷彩伪装网进行了实验研究,获得了400~1000 nm波段场景的偏振图像。通过编制的软件对测试结果进行处理分析以提取其中的偏振信息,得到了背景与伪装网偏振度的变化规律。研究结果表明：自然背景与伪装网的偏振特性有较大差别,偏振信息可以增强图像中目标与背景的对比度,提高目标识别的准确率。因此,光谱偏振探测技术可以实现对复杂背景中传统伪装目标的有效探测和识别。     

红外偏振成像在伪装目标识别中的应用研究

红外偏振成像技术可以提高探测伪装或隐身目标的能力。作为对抗红外隐身的侦察手段,它已成为国内外研究的重要内容。通过分析红外偏振成像的进展,提出将红外偏振成像技术应用于目标检测。为了研究伪装目标的偏振散射特征,利用红外偏振成像系统对覆盖和未覆盖军用三色迷彩伪装网的目标场景进行了探测研究。研究发现,红外偏振成像可以作为探测伪装或隐身目标的新途径,其成像效果较好。此外还证明偏振探测技术对复杂背景中低反射率伪装目标的独特识别优势在中红外波段同样成立,而且偏振角成像对伪装网的外形特征非常敏感。     

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。     

面向多场景电磁伪装的可重构石墨烯超表面研究

文中提出了基于石墨烯超表面的可重构二面角形伪装平台和柔性伪装毯,通过控制石墨烯超表面单元的费米能级,将目标的电磁散射特性融入背景环境,使得敌方难以将目标与背景分离. 具体而言,对于加载了该石墨烯超表面的目标,当其处于较为平坦背景上能够有效模拟准镜像反射,当其处于高粗糙度背景下能实现漫散射的效果,而当其处于粗糙度小于目标物理尺寸的低粗糙度背景中,则能够呈现出部分镜像反射和部分随机漫散射的电磁散射特征. 本文提出的面向多场景电磁伪装的可重构石墨烯超表面为陆基电磁伪装的动态调控设计提供了一种新的思路.     

粗糙球体和锥体目标激光散射非相干分量比

为了研究激光散斑对目标探测的影响,采用物理光学近似方法,进行了平面波激光照射在粗糙球体和圆锥体目标时对散射场统计特性的理论分析,推导了粗糙体目标散射场量的二阶统计矩, 数值计算了粗糙球体和锥体的非相干散射分量比随粗糙度、散射角、半径及目标材料的变化情况。结果表明,散射角的变化对粗糙球体散射非相干分量比有影响,粗糙度变大,目标的非相干分量占总散射分量的比重越大;随着粗糙球体半径变小,球体表面越粗糙;圆锥体目标散射非相干分量比的峰值位置随粗糙度变化而不同,但其峰值均位于镜反射方向上;金属类材料比非金属抛光铝材料的非相干分量比小,且半径变化与非相干分量比成正比。该研究结果可为更复杂目标激光散射特性和激光散斑探测、识别的研究提供一定的参考价值。     

草地背景中伪装目标偏振成像探测的实验研究

在室内仿真实验平台上对草地背景中的伪装目标和背景在不同观测角度不同波段的偏振特性进行了实验研究。通过分析得到了对伪装目标进行偏振成像探测的最佳角度和最佳波段的范围,并在室外进行了实验验证。实验研究表明,在一定条件下偏振成像可以较好地探测出隐藏于草地背景中的伪装目标。     

各向异性粗糙海面对掠入射激光的散射特性研究

针对目前粗糙海面的激光散射场模型并不适用于激光束掠入射的情况以及忽略风速的影响,基于Cox-Munk模型及基尔霍夫近似（KA）模拟各向异性粗糙海面,建立海面对掠入射激光束的方向反射率分布模型,仿真分析了方向反射率随风速、风向、入射角、入射方位角、反射角、反射方位角的变化规律,并通过水池实验进行了验证。结果表明:粗糙海面对激光束的散射能量主要分布在以被照射海面为顶点的圆锥形角空域,此空域角方向位于镜面反射方向附近,且随着风速的增加,空域角逐渐变大,对于掠入射的激光束,由于海浪的遮蔽效应,空域角方向会偏离镜面方向。该模型可以为激光半主动制导导弹对海上小目标射击研究以及利用激光束照射粗糙海面布设激光诱饵研究提供一定理论依据。     

基于红外偏振的特征提取与小目标检测方法

针对红外目标探测所面临的杂波干扰问题,提出了一种基于红外偏振的特征提取与小目标检测方法。首先,利用人工目标和自然背景偏振特性的差异,建立了目标与背景的红外偏振信息模型,分析了其中强度信息和偏振信息的构成以及目标偏振信息的提取与增强办法。然后,将斯托克斯矢量、部分偏振光分解、变偏振理论相结合实现了目标偏振特征的提取与背景杂波抑制及随机噪声消除,进而实现了红外小目标的检测。仿真数据实验结果及与现有方法的对比证明了该方法的有效性和可靠性。该方法可用于对抗红外伪装隐身及红外诱饵技术,提升红外目标的探测能力,富有应用价值。     

一维随机粗糙表面散射特征的数值分析

本文在Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ近似基础上，利用数值积分方法分析了一维随机粗糙表面的散射特征。结果显示随着粗糙度的增大，单次散射峰值由连续地向后向移动，其强度不断降低。峰值宽度增加。在一个较窄的粗糙度范围内，散射场对称于表面法线呈近似余弦分布而接近于理想朗伯体。当粗糙度超过这一范围时，散射峰值将由线向后向移动，并在粗糙度很大时稳定在后向附近。