红外望远镜站址大气传输和环境背景特性的测量分析研究

大口径的地基红外望远镜必须安装在具有良好大气条件的观测台站才能充分发挥其性能,天空背景辐射和大气传输特性是地基红外望远镜站址选择所需考虑的重要内容。采用消光-小角度散射法在西藏羊八井实测了太阳直接红外辐射和大气背景红外辐射,并根据备选站点的大气参数,采用CART软件计算了当地8~14 m波段整层垂直大气的光谱透过率、太阳直接光谱辐射和地面大气垂直向下的背景光谱辐射,以及相关量的波段积分值,这些结果有助于地基红外太阳望远镜的站址选择。     

基于MODIS红外通道的辐射传输计算

通过建立地气系统的红外辐射传输方程,基于MODIS红外通道进行辐射传输计算.利用快速精确的透过率模型PFAAST计算大气透过率,在红外辐射传输计算中考虑了地面反射大气辐射亮度的影响,指出地面反射大气辐射亮度在整个方程所占比重随着地表发射率变小而增加,其中MODIS第33通道对发射率的改变最为敏感,美国标准大气下,当发射率ε=0.65时,比重达到7.12%,因此,忽略地面反射大气辐射亮度,直接影响红外辐射传输计算的准确性.模拟了MODIS各红外通道辐射亮度,并与MODTRAN4.0模拟结果比较,相对误差不超过0.12%,模拟了大气倾斜路径对卫星红外通道观测亮温的影响.     

中波红外火情遥感的大气辐射传输特性

分析2005年在广西武鸣机场进行的人工火情测量试验中获得的由BOMEM MR-154FT高光谱仪测定的火情光谱特征发现:在中波4.34～4.76μm光谱段的辐亮度比火情遥感监测常用通道3.5～4.0μm有更强的响应关系.用模拟计算方法进一步分析了中波红外光谱的大气辐射特性.分别对中波波段主要的吸收气体(水汽、水汽连续、二氧化碳混合、二氧化碳、一氧化二氮、臭氧和气溶胶)影响辐射传输的情况进行模拟计算;选择中国内陆地区18种大气廓线样本和4种大气模型,分别进行辐射传输计算,获得了3～5μm谱段分谱大气透过率和大气程辐射等,并比较了新选择通道(4.42～4.78μm)与传统通道(3.55～3.95μm)在地面和传输到大气层顸后辐亮度的变化情况,为今后应用新探测通道奠定了基础.     

来袭飞机的红外辐射及其大气传输特性研究

研究了来袭飞机的三个主要红外辐射源(尾焰、尾喷管和蒙皮)的红外辐射特性,以及各自主要辐射波段在大气中衰减的情况。通过优化模型,计算得到了其各自主要辐射波段的红外辐射强度。并根据三个辐射源各自主要辐射波段的大气透过率的计算,得到经过相同大气路程衰减后,最终到达红外探测器的辐射强度。     

雾对10.6μm红外辐射的衰减特性研究

基于gamma雾滴尺寸分布模型及辐射雾和平流雾含水量与能见度的经验关系，计算并回归得到了平流雾和辐射雾对10.6μm红外辐射的衰减与含水量和能见度的关系，其对浓辐射雾得到的雾衰减与含水量的线性关系与文献所给实验结果和半径经验公式均很好的一致性，最后对雾的红外衰减和可见光衰减进行了比较，结果表明浓平流雾对10.6μm红外辐射雾衰减大于可见光的雾衰减。     

大气传输对中长波红外辐射衰减分析

红外辐射在进入导引头探测视场之前经过大气传输的消光作用,尽管在大气透过率较高的3～5μm以及8～12μm,大气传输带来的影响仍旧不能忽视,本文综合试验经验,确定影响传输的主要因素,结合MODTRAN软件,对于主要影响参数的影响作用进行分析评估,建立关系曲线,分析不同参数对红外辐射大气传输影响的变化规律,为后续导引头极限条件下使用和性能参数研究打下基础.     

地基大气背景红外光谱辐射特性测量

用傅里叶变换红外光谱辐射计(FTIR)在地面测量了较高分辨率(1 cm-1)下的大气向下背景光谱辐射,获得了长波红外5~14μm波段的大气背景辐射光谱。研究了大气背景红外光谱辐射与整层大气透过率的关系。从实验数据中研究了不同波段大气背景辐射随观测天顶角的变化。结果表明:地基大气向下的长波背景辐射亮温随着整层大气透过率的增大而减小;大气背景辐射随观测天顶角增大而增大;在大气窗口区,大气背景辐射随观测天顶角变化较快,在强吸收波段,大气背景辐射随观测天顶角几乎不变化。     

泡沫对目标红外辐射透过率的计算及仿真

基于电波吸收、反射和散射特性对泡沫衰减遮蔽机理进行了探讨研究,对目标红外辐射在大气中的透过率进行了定量分析与计算。根据泡沫遮蔽状态的不同,分别对泡沫层和泡沫云两种干扰形式下目标红外辐射的透过率进行了定量计算,并利用MATLAB仿真工具进行了数值仿真,结果表明:泡沫相比大气对目标红外辐射的衰减作用明显,并且随着泡沫厚度的增加,目标红外辐射透过率逐渐减小,与实验测得的数值基本一致,进一步验证了模型的合理性。     

固定翼飞机地面红外辐射特征测量及分析

固定翼飞机的红外辐射特征研究具有重要意义。利用 MODTRAN 软件计算大气透过率和程辐射,用8～14?m长波红外测量设备对固定翼飞机进行了红外辐射测量。测量结果表明,地面滑跑阶段固定翼飞机机头、机身、尾翼部分辐射亮度基本接近,且各个方向辐射亮度基本一致;尾喷管附近蒙皮辐射亮度远高于机身辐射亮度;尾焰辐射亮度具有方向性,后向辐射最强。     

基于光谱辐射计的航空发动机红外辐射特性测试方法

为体系化地开展地面目标的光谱辐射特性测试,提高光谱辐射计在地面目标红外特性测试中的精度,本文系统地介绍了基于光谱辐射计的地面目标红外辐射特性测试原理、光谱数据定标原理、目标测试及大气透过率测试方法。以基于光谱辐射计的航空发动机红外辐射特性测试为例,详述试验方案设计、试验实施过程、测试结果及分析。试验数据表明了本文所述方法的可行性和正确性,针对航空发动机的红外辐射特性测试方法也可推广应用于其他各类型地面目标的红外特性测试与评估当中,支撑地面目标红外光谱特性及隐身特性的研究。     

基于双波段的目标红外辐射特征分析

文中根据红外警戒系统的需要,深入研究了海空复杂背景下点目标的红外特征,建立了比较完整的目标红外辐射特征模型。根据不同的气象条件、不同海域背景,计算分析了环境对红外辐射两个大气窗口,即3～5um和8～12um的双波段大气透过率的影响,并给出了相应结论。     

天空大气背景红外辐射建模与计算

研究天空大气背景的辐射对空中目标的探测非常重要,为此对大气辐射亮度的计算进行了建模与计算,通过对大气分层的方法得到了天空辐射亮度的计算公式,然后结合公式对吸收和散射的计算方法进行了详细的讨论,对于吸收主要考虑了水蒸气、二氧化碳和臭氧的吸收,而散射主要讨论了气溶胶的散射,最后通过典型数据对大气吸收、散射、透过率、光谱辐射亮度、辐射亮度等进行了计算,与MODTRAN软件的计算结果进行了比较,并对天空红外辐射的特点进行了分析。     

红外辐射的气候环境传输特性分析

主要讨论了红外辐射在大气和云雾雨中的传播特性及受到的影响,并通过性能模型,模拟出了红外辐射的性能曲线。     

通用大气辐射传输软件(CART)及其应用

大气光谱透过率和背景辐射的计算在诸如大气遥感、光电工程等领域有重要应用。根据所提出的中分辨率大气分子吸收快速计算方法、大气气溶胶衰减计算方法、大气多次散射快速算法,研制了一套通用大气辐射传输计算软件(CART),该软件可根据大气参数快速计算可见光到远红外波段的大气光谱透过率和大气背景辐射,光谱分辨率1 cm-1,覆盖可见光到远红外波段。介绍了该软件的计算模型、主要功能和计算实例、部分实际验证结果以及应用领域。CART在目标辐射特性测量的大气修正、光电设备的设计和性能评估将有广泛的应用。     

卷云在红外波段辐射传输特性模拟计算

采用离散纵标法（DISORT）耦合大气分子吸收散射,考虑地表的热辐射以及地表反射,模拟计算了卷云大气的反射率以及透过率。研究了在红外波段卷云的光学厚度、有效尺寸及不同大气模式等因素对于辐射特性的影响。结果表明,卷云大气反射率受地表热发射的影响很大,且随卷云光学厚度增大减小。大气模式对于卷云大气辐射传输特性影响显著,比较而言,卷云的粒子尺寸影响较小。     

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.     

基于CFD流体仿真软件的反舰导弹红外辐射特性分析

采用CFD流体仿真软件对反舰导弹在高速巡航时的气动加热进行分析是近年来研究蒙皮辐射的一种新方法。通过采用CFD仿真软件以及大气透过率MODTRAN软件对反舰导弹在高速巡航时的红外辐射特性进行分析,获得了大气背景下反舰导弹的红外辐射特征。     

周期性结构对远红外辐射特性抑制分析

基于有限元法设计了一种金膜圆环周期结构频率选择表面,仿真结果表明该周期结构在远红外大气窗口(8～14 μm)对红外辐射抑制效果明显,在25～37.5 THz (8～12 μm) 平均透过率低于20%,尤其是在27～36 THz之间其透过率低于10%。通过优化计算,研究了圆环内外半径、宽度和厚度等不同结构参数对该结构传输特性的影响规律。     

红外辐射在雨中的衰减

利用红外光谱辐射计在大气窗口区对连续性降水的红外辐射衰减进行了测量，结果表明雨对光的衰减与降雨强度密切相关，根据测量结果得到了红外辐射在雨中衰减的定量关系式，并利用Ｍａｒｓｈａｌ－Ｐａｌｍｅｒ雨滴尺度谱分布，计算了红外辐射在雨中的衰减，考虑雨的前向散射修正后，计算结果与测量结果符合得较好．