基于参考源的空间目标红外辐射特性测量

地基测量是获取空间目标红外辐射特性的主要手段。地基测量由于大气影响,测量结果含有严重误差。利用由大气光学参数测量设备和辐射传输软件构成的大气同步修正系统,可以减小大气影响引入的误差。然而,由于典型大气模式和测量参数精度限制,经大气修正后的测量误差仍高于20%。提出一种基于红外标准星的辐射测量方法,使用与目标具有相近观测仰角的红外标准星作为参考源,准确获取空间目标观测光路上的透过率,分析了水汽、臭氧和观测仰角对透过率精度的影响。进行了红外星测量实验,利用文中方法测量的目标辐射误差为4.65%,明显优于传统方法的14.57%。结果说明文中方法能作为一种获取空间目标红外辐射的有效途径。     

干旱地区大气折射对光电工程的影响

通过对干旱地区某地探空资料的分析,拟合出不同季节条件下折射指数随高度变化的拟合公式,利用拟合公式计算了光电跟踪设备使用不同波长跟瞄空间目标时的蒙气差、大气色散和测距修正量。结果表明:(1) 在相同视仰角的条件下,冬季的蒙气差修正结果大于其余季节的结果,且大于标准大气的计算结果,而春、夏、秋季的蒙气差小于标准大气的计算结果;(2) 春季的0.55 um 与1.3 um、3.9 um 的大气色散较其余季节的结果为大,对于0.55 um 与1.3 um 及3.9 um 之间的大气色散在视仰角大于55条件下差别并不明显;(3) 不同季节、不同波长测距修正量的变化特点略有不同,其中夏、秋季节特点较为相似,3.9 um 测距修正量受季节影响较0.55 um 与1.3 um 更为明显。所得结果可为该地区光电工程应用提供参考。     

基于天体红外测量的蒙气差计算方法

到达地球表面的天体红外辐射由地球表面的红外“窗口”形成一个特殊的波段。因为大气层的折射，天体红外辐射信号的传播路径为曲线，即天文观测中的蒙气差现象。利用天文观测进行舰船定位，历来倍受各国重视。由于可见光波段极易受到大气云雾的遮挡，无法实现“全天候”天文观测，红外天文观测定位便受到关注。对天体的红外观测能确定天体在天球上的位置，或通过观测红外天体进行天文定位时，须考虑大气对红外波段的折射影响，文中提出了观测天体红外信息的蒙气差ρ的理论计算和修正方法，具有一定的实用性。     

一种低仰角对流层折射修正的新方法

大气折射效应引起电波传播延迟和路径弯曲,测量数据对流层折射修正的精度直接影响到飞行目标轨(弹)道确定的精度。考虑到对流层折射修正的精度和效率以及5°以下低仰角数据传统修正方法具有较大的误差,通常不对测量数据进行实时对流层折射修正,这使得实时定位的精度受到较大影响。文中提出了一种基于光电传播几何路径迭代的对流层折射修正新方法,解决了修正精度和实时性不能兼顾的问题。经大量无人机校飞和载人航天工程外场实测数据验证,该算法能够实时有效地消除低仰角对流层折射偏差,对高仰角测量数据的对流层折射修正亦具有较高的精度。     

增量式光电轴角编码器零点漂移问题解决

介绍了增量式光电轴角编码器的工作原理及其在空间目标测量领域的应用。分析了轴角编码器零点漂移的原因,推导了基于轴系和球谐函数的望远镜系统误差修正模型。提出了采用外复核方法解算望远镜指向精度,即用前两天测星解算出来的系统球谐函数误差模型系数修正并复核当天的测星误差。设计了零点标定实验对轴角编码器零位进行标定,进行了连续11个晴天夜晚的观测实验,在零点标定前后观测在视场内均匀分布的30颗恒星,分别解算得到望远镜指向误差,确认了轴角编码器的零点漂移现象。采集GPS卫星数据进行了精度鉴定,望远镜方位和俯仰的轴系误差均值由13.99、11.50分别降至5.94、-3.49 ,验证了零点标定方法消除零位漂移并提高望远镜测量精度的可行性。     

光电系统目标定位受大气折射的影响及修正方法

分析了大气折射对光电系统目标定位的影响,推导了目标实际位置和探测位置计算公式。以美国1976标准大气模型为基础,仿真了不同距离、不同仰角情况下,光电系统定位位置和目标实际位置的误差,给出了目标定位修正的补偿值,可应用于光电探测系统目标定位的补偿修正。     

一种基于椭球分层模型的电波折射修正算法

传统电波折射修正算法普遍采用大气球面分层假设,这类算法在修正高仰角测量目标时具有较好的修正精度,然而对于低仰角、远距离目标,修正精度还不高。该文提出一种折射修正算法,采用更精确的椭球面分层模型描述大气分布,利用迭代递推的方法计算修正后的目标位置,相比传统折射修正算法,计算量有所增加,但是提高了低仰角、远距离目标测量数据折射修正精度,可用于事后数据处理。     

天文定位中的蒙气差修正方法研究

天文定位中的蒙气差修正直接影响定位精度。本文研究现有的各种蒙气差修正方法，包括普尔科沃大气折射模型、《航海表》平均蒙气差表、《中国天文年历》蒙气差修正表，以及UNSW932模型。在讨论上述蒙气差修正方法的基础上，重点进行蒙气差修正结果的对比分析。研究结果对于提高天文定位蒙气差修正的精度，实现蒙气差修正的自动化，具有一定的参考价值。     

基于星图匹配脱靶量标定的移动测站望远镜指向修正技术

目前，移动测站以其高机动性正逐步成为空间目标监测网络重要的系统组成，应用于空间目标的共视观测与精密跟踪。针对移动测站光电望远镜由于工况的不稳定性以及装调过程中存在的指向误差，文中提出了一种基于星图匹配脱靶量标定的指向误差修正方法。首先，根据编码器轴系定位筛选出定标星群并进行资料归算；其次，采用面向脱靶量标定的快速星图匹配算法识别出与测量恒星相匹配的定标星坐标，并作为理论位置；最后，将多颗测量恒星坐标带入脱靶量标定指向修正数学模型对望远镜的指向进行拟合与标定。实验结果证明：采集一组序列图像对光心指向进行修正，单帧图像的修正周期约为2.2 s，从第10帧后修正量基本趋于稳定。对全天区典型分布的一批子天区进行指向修正，指向误差均值由修正前的124.24″提高至4.97″，标准差从41.50″提高至4.76″。综上所述，基于星图匹配脱靶量标定的指向误差修正方法对于提高测站望远镜的指向精度效果显著，且该方法的修正过程与望远镜机架结构无关，因此也可适用于不同机架结构的望远镜指向修正。     

大气成分对中波红外地基光电系统观测的影响分析

地基光电系统白天在可见光波段对空间目标观测时,因受大气散射等因素的影响,探测能力会急剧下降。红外波段较可见光波段具有较强的大气穿透能力,因此在红外波段观测空间目标可以较好地解决白天探测的问题。利用MODTRAN模型计算了不同大气成分对中波红外透射率的影响并进行了分析,并用中波红外成像系统在地基望远镜上进行了观测。实验结果表明,中波红外探测器在白天能极限探测到7等星,平均信噪比为6.236。本研究对白天红外波段地基的空间探测具有一定参考意义。     

低仰角对流层折射修正快速算法

大气的折射效应引起电波传播延迟和路径弯曲,测量数据对流层修正的精度直接影响到飞行目标轨（弹）道确定的精度。考虑到对流层折射修正的精度和效率以及5°以下低仰角数据传统修正方法具有较大的误差,通常不对测量数据进行实时对流层折射修正,这使得实时定位的精度受到较大影响。研究设计了一种能够应用于实时数据处理快速有效的对流层折射修正迭代算法。经大量外场实测数据验证,该算法能够有效地消除低仰角对流层折射偏差,对高仰角测量数据的对流层折射修正亦具有较高的精度。     

高层大气环境对长波红外背景辐射特性的影响分析

高层大气长波红外背景辐射特性是目标识别和红外辐射特性测量的重要研究课题.根据NRLMSIS-00大气经验模型,分析了高层大气温度和气体浓度对红外辐射的影响.利用高层大气辐射传输模式SHARC,在6～15 μm波段对不同观测位置和大气模式条件下的高层大气背景辐射进行了数值计算和理论分析.结果表明,高层大气长波红外辐射会随临边切线高度的增加而减弱,随倾斜观测天顶角的增加而增强,随太阳天顶角的增加而减弱.曙暮光和极光对高层大气长波红外辐射具有重要的增强作用,而且高层大气长波红外辐射存在纬度和季节变化特性.高层大气环境对长波红外背景辐射的影响分析结果可供空间目标探测和卫星红外遥感等工程参考.     

高轨道目标电离层折射修正方法研究

为了满足高轨道目标高精度测控的需要,提出了基于双频GNSS的空间投影法和自适应网格法两种电离层距离折射误差修正方法,并对比分析了两种方法在不同仰角、角径时电离层距离折射误差修正精度. 分析结果显示:对于2.0 GHz电波信号而言,在较高仰角（仰角＞45°）处,空间投影法和自适应网格法修正精度较高,均优于0.2 m;在低仰角和大角径时,空间投影法修正剩余快速增大,修正精度快速降低恶化,达到米量级,而自适应网格法修正精度则不受仰角和角径的影响. 这表明:自适应网格法电离层距离修正精度高,适用性强,且便于工程应用,可为提高高轨道目标的测控精度提供有力支撑.     

区域导航对流层延迟误差修正模型研究

本文研究了电波大气折射理论，分析了传播误差因素，阐述了区域导航信号的传播路径与 GNSS 卫星导航的不同，论述了对流层延迟对区域导航信号测量精度的影响，设计了满足区域导航系统应用需求的对流层延迟误差修正模型，并通过仿真研究，验证了所设计区域导航对流层延迟误差修正模型的可行性，并给出了该模型在远距离低仰角和近距离高仰角下的误差修正能力。     

俯仰角大气折射误差修正方法

针对光学测量系统测量得到的空中目标俯仰角数据,包含了大气折射带来的误差问题,建立了俯仰角修正误差模型,并详细介绍了修正模型具体计算实施过程,提出了采用三弯矩方程计算任意高度大气折射系数和高斯积分计算俯仰角折射修正值．经俯仰角折射效果分析和实践证明该方法精确、有效,满足高精度数据处理的要求．     

利用境内气象站观测数据的激光测高仪大气延迟改进算法

由大气层折射率分布不均匀引起的大气折射延迟是星载激光测高仪测距误差的主要来源之一,其主要受地表气压的影响。目前计算地表气压方法仅有美国GLAS系统使用的基于NCEP气象数据和时间空间的内插方法,GLAS系统观测相对平坦的南北极冰盖区域的精度足够,但观测地表起伏复杂的陆地目标的精度较低。文中利用国内气象站的观测数据,基于改进的反距离加权内插算法对大气折射延迟修正方法进行改进,并与传统GLAS方法的修正结果进行精度对比。在高原地区以及高纬度地区,采用国内气象数据和新的内插算法可以将修正残差由超过2 cm降低至小于0.5 cm,相对GLAS系统整体15 cm的测量精度,相当于整体精度提高10%,对于未来国产卫星激光测高仪测量精度的提高将有一定参考价值。     

基于神经网络的非线性大气修正实现红外目标辐射测量

红外辐射测量技术是表征目标红外特征的重要手段,而大气修正是获得目标真实辐射的必要步骤。提出了一种提高远距离目标红外辐射测量精度的非线性大气修正（NLAC）方法。该方法利用近距离标准参考源测量（NRSRM）来计算实时环境中不同位置的实际大气透过率和程辐射。相应条件下的理论大气透过率和程辐射也可以从大气辐射传输软件中获得。应用神经网络技术对两者之间的非线性关系进行拟合。因此,可以预测远距离的大气透过率和程辐射,以实现大气修正。为了进行比较,还进行了简单的线性大气修正（LAC）与线性增强大气修正（LEAC）。实验结果表明,该方法的红外辐射测量平均误差为6.45%,远低于常规方法,线性大气修正方法和线性增强大气修正,分别为16.17%,11.27%和7.44%。     

基于多次收敛分割反卷积算法的大气色散补偿方法

在地基望远镜对太空目标的宽光谱成像观测过程中,大气色散会严重影响低仰角下图像的信噪比和清晰度。传统的色散棱镜补偿方法存在着生产加工难度大、控制系统复杂、装配困难等问题,不利于移动和小型化的地基望远镜的应用。提出了一种基于图像反卷积的大气色散修正方法,不需要增加额外补偿设备,能够在低信噪比情况下有效修复色散图像。该方法首先利用多次收敛分割算法对图像进行星点分割处理,随后利用图像反卷积的方法,对图像进行色散补偿。在1.8m望远镜系统上对恒星的观测和色散补偿实验结果表明,该方法在不同信噪比下均有复原效果,平均恢复出目标90%的能量,信噪比提高到3倍以上,恢复效果与色散棱镜补偿法相当。