基于实时标校的目标红外辐射测量新方法

目标红外辐射特性测量是目标特征获取和识别的重要手段之一,而大气透过率修正是大气中目标辐射测量必需的一个环节.在传统的辐射测量方法中,利用大气观测设备和大气辐射传输计算软件测量计算大气透过率及程辐射,不确定度在10～20%左右,而目标红外辐射反演精度在12～23%左右.为提高辐射反演精度,提出了一种新的辐射测量方法,利用...     

基于低仰角红外测量的蒙气差修正方法

受大气蒙气差的影响,地基光电望远镜观测得到的星体或飞行器位置和实际位置存在偏差;空间目标的俯仰角越小,蒙气差越大。为了对空间目标进行较为精确的定位,需要对光电望远镜进行蒙气差修正。文中在分析光电望远镜原有的大气蒙气差修正计算模型的基础上,为提高低仰角观测时蒙气差修正精度,采用回扫任务目标轨道附近恒星进行误差修正的方法对回扫得到的蒙气差修正量曲线进行大量实验总结并进行多项式拟合,最终得到针对低仰角长波红外观测的蒙气差修正公式。经过多次实验验证,长波红外系统起跟仰角由10降低至2,目标捕获时间提前50 s以上,可观测飞行器部件分离等关键特征点。实验结果表明文中方法有效降低了低仰角蒙气差修正误差,提高了长波红外系统的跟踪精度和捕获能力,具有实际工程应用价值。     

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%。     

红外辐射测量的大气修正

大气中目标辐射特性的测量必然受到大气的影响,为了得到目标本征的辐射特性,必须对大气进行修正.介绍了红外目标辐射测量中的大气透过率修正原理和必要性,给出了几种获得外场大气透过率的方法,并对其大气修正精度进行了讨论.     

水平方向上的大气透过率和热辐射计算模型研究

大气透过率和大气热辐射是影响目标本征辐射特性测量精度的重要因素。传统的空间目标辐射特性测量方法就是利用大气观测设备配合MODTRAN等软件或者利用红外恒星计算大气热辐射。然而，水平方向上的空气对流和复杂的地面状况会导致模式计算大气热辐射不确度增大，而火箭、导弹等目标发射起始段的红外特性测量有助于实现目标识别。因此，研究水平大气透过率和热辐射对于目标红外辐射特性测量具有十分重要的意义。针对以上问题，首先借鉴垂直廓线理论建立了同层大气“水平温度廓线”模型。然后推导了水平方向上的大气透过率和热辐射计算公式，并对其进行了实验验证。最后将大气热辐射的MODTRAN软件计算结果和实验测量结果进行了比较。结果表明，基于传统软件的热辐射计算精度为8.65% ，而本文方法的计算精度为4.91%。该实验说明这种算法在水平方向上是正确的。通过公式推导和实验验证说明了本文方法的合理性，为目标辐射特性测量过程中的水平大气透过率和热辐射计算提供了一种新的思路。     

基于辐射传输的M'波段大气透过率实测和误差分析

采用自制的M'波段（4.605~4.755 m）红外辐射测量系统对阿里观测站、德令哈观测基地和怀柔观测基地的大气辐射进行实地测量,并对结果进行拟合和误差分析。首先,基于黑体定标结果和辐射传输方程,得到输出有效读数与平均大气透过率和天顶角的关系公式;在三个站点对不同天顶角下的大气红外辐射进行扫描测量,利用上述公式,拟合出M'波段平均大气透过率。结果表明,三地透过率的加权平均值分别为0.805、0.758、0.650,透过率随时间的起伏分别为0.081、0.250、0.073,高海拔的阿里观测站透过率最高。用MODTRAN软件模拟的平均透过率分别为0.851、0.805、0.615,与实测结果接近;误差分析表明:有效读数越大,传递误差越小,此方法的理论误差优于10%。文中提供了一种不依赖气象数据,实时获得大气透过率的方法。     

空间目标红外多波段温度分布反演

地基望远镜对空间目标的长焦距红外成像能够得到空间目标的温度区域分布信息,然而成像过程的未知参量将降低传统的双波段比色测温法正向求解精度。未知参量包括目标发射率、大气透过率、地球热辐射等。文中建立了基于多波段红外探测器测量电子数的贝叶斯估计评价函数模型,能够比较精确地反向求解空间目标的真实温度分布;并推导了目标参量估计函数的克拉美罗界,能够预测一系列不确定因素对其温度和发射率等参数求解精度的影响;最后进行了算法的仿真实验与分析。     

基于大气程辐射比例修正的红外辐射特性测量

大气程辐射是影响目标红外辐射特性测量精度的重要因素之一。本文利用大气程辐射修正因子修正大气程辐射值以提高其测量精度。首先,给出目标红外辐射特性测量模型,然后,提出利用大气程辐射修正因子的目标红外辐射特性测量方法。该方法将一定距离下实际测量的大气程辐射和MODTRAN计算的大气程辐射之比定义为大气程辐射修正因子,最后利用该修正因子对其他距离的MODTRAN计算的大气程辐射进行修正并进行目标的辐射反演,获得目标辐射特性。本文利用中波红外摄像机和小面源黑体开展目标红外辐射特性测量实验。实验结果表明,本文方法较传统方法可以在一定程度上提高目标辐射特性测量精度,将精度提高2%左右。     

大气透过率测量方法的研究

在测量目标的红外辐射特性时,测量路径上的大气衰减是影响测量精度的一个重要因素.针对试验场条件下难以提高目标红外辐射能量测量精度的问题,对大气透过率的测量方法进行了分析研究,提出了在外场环境条件下实际测量大气透过率的一种方法.     

大气光谱透过率的实时测试

介绍了光谱辐射测量装置和测量大气光谱透过率的原理及方法。该方法可以提供目标辐射特性测试现场的大气光谱透过率,用以精确修正目标光谱辐射量,从而提高目标红外辐射野外测量的准确度。     

一种红外目标模拟器的大气传输校准方法研究

红外辐射在大气中传输会在大气分子、气溶胶粒子的吸收和散射以及大气自身辐射的影响下发生变化,导致红外辐射测量精度的降低。为消除大气在红外目标模拟器校准中的影响,在基于恒定标准源的宽动态红外辐射测量方法的基础上,提出了一种红外目标模拟器的大气传输校准方法。在水平均匀大气近距离的红外目标模拟器校准中,利用卷积神经网络的数据分析能力建立了不同波段、不同温度、不同距离下的大气透过率和大气程辐射的动态模型,将探测器输出电压作为基于编码器-解码器结构的卷积神经网络的输入,按照训练流程对网络进行训练,在实验环境下预测了大气传输对红外辐射的影响。所建模型能够反映大气透过率和大气程辐射的动态变化规律,并通过红外辐射反演对提出的方法进行了验证。实验结果表明：基于编码器-解码器结构的卷积神经网络算法能够较好地预测大气透过率和大气程辐射,在三个波段下的平均误差为3.078 3%、3.818 6%、5.345 2%,低于传统方法,降低了大气透过率和大气程辐射的影响,从而减小了红外辐射的测量误差,提高了校准精度。     

空间目标红外辐射测量系统标定技术

为实现对空间目标红外辐射进行定量测量,需要解决红外辐射测量系统的标定问题。针对常规标定方法对大口径红外辐射测量系统标定存在的不足,在对其测量原理分析的基础上,提出了一种内置黑体标定与天文恒星标定相结合的新方法。采用内置黑体作为标准辐射源对匹配镜组和探测器进行标定,采用恒星标准辐射源对大口径主光学系统透过率进行标定,并推导出了红外辐射测量系统整体的响应关系。试验验证表明,该方法与传统的全孔径标定方法相比,曲线斜率误差在4%以内,具有操作简单易行、标定系统的研制难度低、标定效率高等优点。     

水平方向上的大气透过率和热辐射计算模型研究

水平方向上的空气对流和复杂的地面状况会导致大气热辐射计算的不确定度增大,目标发射起始段的红外辐射特性测量有助于实现目标识别。因此,研究水平大气透过率和热辐射对目标的高精度红外辐射特性测量具有十分重要的意义。针对以上问题,首先借鉴垂直廓线理论建立了同层大气“水平温度廓线”模型,然后推导了水平方向计算大气透过率和热辐射的公式,并对其进行了实验验证。最后将MODTRAN软件计算和实验测量的大气热辐射结果进行了比较。实验结果表明,传统软件的热辐射计算精度为8.65% ,而本文方法的计算精度为4.91%。该实验说明,在水平方向上,这种算法是正确的。通过公式推导和实验验证说明了该方法的合理性,为水平方向大气透过率和热辐射的计算提供了一种新的思路。     

红外辐射大气透射率求解模型的建立与分析

红外辐射大气透射率对目标辐射的测量精度影响很大。分析了红外辐射在大气中的传输衰减,建立了红外辐射大气透射率的求解模型。利用编制的红外辐射大气透射率计算程序研究了特定辐射路径下的大气透射率在一日内的变化情况,对不同气象条件和辐射路径下的大气透射率进行了计算,研究了大气温度、相对湿度、路径起始高度、辐射路程、天顶角对大气透射率的影响,并对计算结果进行了分析。计算结果对精确计算红外辐射大气透射率和研究气象条件、路径几何参数对红外辐射大气透射率的影响具有一定的指导意义。     

夜间整层大气透过率测量技术研究

分析了夜间利用恒星测量整层大气透过率的原理,研制了用于夜间整层大气透过率测量的设备,该设备能够对高度角大于15 的任意天区内的0~5等恒星在400~750 nm分波段弱辐射大气透过率测量,测量带宽为30 nm。采用自动控制CCD曝光时间的方法获取分波段恒星的弱辐射信号,利用图像反馈模式纠正望远镜追星的误差,实现无人值守自动连续整夜观测。设备定标采用Langley-plot定标方法与多目标星定标方法相结合。测量结果分别与CART和Modtran理论计算值进行了比较,比较结果证明了测量方法的可行性和设备的可靠性。