天基光学遥感成像仿真中大气影响分析与模拟

模拟大气对成像的影响是天基光学遥感成像仿真中一项非常重要的工作。首先针对工作于可见光到热红外波段（0.4～14 m）的天基光学遥感成像系统,引入了考虑场景内部目标与背景之间相互影响的遥感器入瞳处的辐射方程,并基于线性模型模拟了邻近效应。设计了计算大气透过率、上涌辐射和下涌辐射的大气查找表,分析了水汽含量、气象视距、目标高度、太阳-遥感器-目标之间的位置关系对大气辐射计算的影响,为查找表输入参数的选择提供依据。最后,通过长曝光和短曝光图像的调制传递函数,分析了光学湍流对天基光学遥感成像的影响。     

光学遥感对地成像过程中的邻近效应模拟分析

光学遥感的邻近效应可以看作大气点扩散函数(PSF)和地表辐射场的卷积,通过逆向蒙特卡罗法模拟大气PSF,利用辐射传输模型MODTRAN计算地表辐射场,获得遥感器入瞳处的辐亮度值.开展不同对比度目标背景物在典型条件下的邻近效应模拟与分析,结果显示:目标和背景的反射率分布对邻近效应影响很大,背景反射率越大,邻近效应占总辐射的比例越高;暗目标在亮背景下的邻近效应明显大于亮目标在暗背景下的邻近效应;固定成像高度和区域,空间分辨率越高,邻近效应越明显;地面气象视距对邻近效应的影响非常显著,气象视距增大,邻近效应减弱;太阳天顶角增大,邻近效应减弱.模拟结果为高分辨率光学遥感成像系统高精度建模和邻近效应校正算法研究提供了依据.     

近地面1 km高度处折射率梯度与地面气象参数统计关系的研究

近地面大气折射率梯度是影响无线电系统性能的重要因素.为研究近地面折射率梯度与地面气象参数温湿压的关系，利用太原地区1986—1995年的探空数据，拟合出近地面折射率梯度与地面气象参数的关系模型.拟合分析结果表明:太原地区近地面1 km高度处折射率梯度与地面气象参数的线性关系优于与地面折射率的指数关系；从与地面气象参数的线性模型中可以直观地看出折射率梯度受地面温湿压影响的权重.通过研究近地面折射率梯度与地面气象参数的统计关系，可更快捷地通过地面温湿压评估近地面无线电视距，从而进一步为大气折射的研究提供支持，为优化无线电系统规划设计提供支撑.     

大气光学特性对目标成像影响的分析

大气吸收、散射和湍流效应导致地球大气中的图像恶化.大气光学特性具有复杂的空间和时间变化特性,不能简单地评价其对目标成像的影响.要透彻地了解红外成像系统在使用地区受大气影响的全貌,必须全面地分析各种可能的大气状态,使用概率进行评价.分析了导致图像恶化的大气因素和大气介质的调制传递函数.以大气消光系数和大气Fried参数为例说明了大气光学特性对红外目标成像影响的复杂性.介绍了图像恶化的修正方法以及应用这些方法时必须获取的大气光学参数和大气光学探测技术,为相关应用分析提供了示范.     

大气传输效应对红外成像仿真的影响

大气传输效应是制约红外成像系统的关键因素,从大气传输效应的几个方面进行了分析,研究了影响大气传输的几个因素的计算模型,并进行了相应的仿真,分析了大气传输效应对成像系统的探测距离带来的影响,指出在论证和研制红外成像系统的过程中,必须要考虑大气传输特性对其性能的影响。     

双成像云底高测量系统的研究

云天自动化观测是气象业务发展必然的趋势。现有的云自动化观测仪器,价格昂贵,测量精度差,很难满足气象业务发展的要求,基于双目成像原理的可见光成像测云高和红外成像测云高相结合方案能够很好的解决白天和夜间云高的测量,本文分析了系统作用距离,给出了作用距离、目标辐射温差和大气影响因素三者之间的关系,并与现有云高测量设备进行了对比分析,通过试验实现了云底高的测量。     

基于暗通道先验原理的偏振图像去雾增强算法研究

在装备试验与测试中,常规光学成像系统极易受气象环境(如雾霾、沙尘等)影响,导致探测距离、成像效果、测量精度等受到大幅限制,从而严重影响目标成像效果及关键参数获取。如何增强雾霾条件下光学探测识别能力及成像质量,成为了当前急需解决的关键问题。本文利用偏振成像优势,结合暗通道先验原理,提出了基于暗通道先验原理的偏振图像去雾增强算法。该算法首先利用采集到的偏振图像提取偏振特征,计算偏振度和偏振角;同时,采用基于区域增长算法自动提取出天空区域,对天空区域进行大气光参数估计,获取大气光偏振度及偏振角相关参数估计;然后,结合暗通道先验原理,获取无穷远处大气光强,进而计算各像素点的大气光强;最后,建立在大气物理退化模型基础上,实现图像去雾增强。实例分析与验证中,通过主观评价与客观评价两种方法,对比本文提出的方法和常见其他方法,实际结果表明,本文算法去雾增强能力较强,能有效提升光学系统的探测识别能力及成像质量,对雾霾条件下武器装备关键参数获取具有重要意义。     

漫反射成像法的激光参数测量系统设计

精确地测量激光在大气传输后的光斑参数,是研究激光大气传播效应和分析激光发射系统性能的关键技术手段。测量激光远场参数的方法主要包括阵列探测法和相机成像法,目前在激光大气传输效应的测量评估中大都采用阵列探测法。由于探测器阵列靶受物理空间和研发成本等因素的限制不能均匀且高分辨率紧密排布,将造成采样光斑的失真,难以精确地测量远场光斑参数。针对此问题,利用相机分辨率高的特点,设计了一套基于漫反射屏成像法的激光参数测量系统。该系统最小测量分辨力小于0.39 mm,质心位置平均偏差为0.05 mm,测量光斑到靶功率不确定度优于10%。该系统能有效地测量激光发射系统的跟瞄精度和到靶功率,为分析激光大气传输效应和分析激光发射系统性能提供有效手段。     

不同大气条件下红外成像效果模拟

红外成像仿真技术是解决实际应用中对红外图像数据源需求的重要途径。大气传输是红外成像的必经环节,对红外图像质量有着重要影响,大气传输效应模拟能提高成像的真实感。同一场景在不同大气条件下红外成像的模拟能为特定的图像分析提供数据。在大气传输理论的基础上,研究了红外成像大气作用效果的模拟方法,通过飞艇平台获得的红外图像作为数据,利用大气辐射传输模型进行大气修正得到地面辐亮度基准图像,在此基础上进行了不同大气模式、温度和水汽含量下的红外图像仿真实验,并对实验结果进行了评价,取得了较为理想的仿真效果,为大气效应模拟提供了一种有效的方法。     

基于图像合成的红外点目标图像生成方法研究

本文提出了一种红外图像仿真方法.首先对目标在探测波段内的辐射强度的组成和光谱分布特点进行了分析,并对目标的辐射强度、光谱分布和运动等特征量进行了模拟.然后根据大气和成像系统的调制传递函数建立了相应的大气效应模型和成像系统效应模型.最后根据红外成像原理并结合探测器参数,将目标的仿真模型与实拍的背景红外图像通过图像合成算法进行融合,从而实现了目标与场景的快速生成.该方法通过理论数据和实验数据的结合,提高了场景的可靠性,对于测试和评价红外搜索跟踪系统具有一定的参考价值.     

自聚焦透镜列阵象平面上的辐照度与曝光量

本文分析了单位放大率成象条件下自聚焦透镜及其列阵在朗伯光源照射时，象面上的辐照度与曝光特性。自聚焦透镜的长度对辐照度和曝光量的大小与起伏有密切联系。讨论涉及单根自聚焦透镜和一列、两列透镜列阵。选择适当的透镜长度，可兼顾辐照度与曝光量的大小与起伏，从而获得较满意的象质。由自聚焦透镜列阵的曝光量要求可确定复印设备中使用的光源强度和扫描速度。本文对单根、一列、二列自聚焦透镜列阵的辐照度作了实验测量，所得结果与理论分析较好地符合。     

Influence of Average Photon Energy index on solar irradiance characteristics and outdoor performance of photovoltaic modules

Solar spectral irradiance measurements on a routinely basis are relevant to study the influence of solar spectrum on the photovoltaic (PV) module performance, especially for thin film and third generation PV. Two spectroradiometers from EKO were added to the instrumentation available at the ESTER outdoor station of the University of Rome Tor Vergata. A detailed characterisation of the spectral irradiance at the site was carried on during more than 6 months of monitoring activity measuring spectral solar irradiance in the range 350–1700 nm with a time interval of 10 min on a horizontal plane. A wide variety of spectra were acquired in various weather conditions, and indications about the spectra behaviour on a daily and seasonal basis were obtained. Moreover, information about the effect of the weather conditions on the solar radiation spectral distribution were identified. The Average Photon Energy index was used as an indicator of the spectra characteristics. The same index was also used to evidence the solar spectrum influence on polycrystalline and double junction amorphous silicon PV modules. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

红外点目标作用距离数学建模与评估

在红外探测系统总体方案设计中,为了能够快速而准确地了解众多参数对性能指标的影响,针对其重要参数作用距离进行了研究。首先分析目标与背景的对比辐射强度在像面上产生的电子数,其中考虑了滤光片的光谱透过特性和点扩散函数与像元的相对位置对系统能量集中度的影响;然后基于红外光学系统成像链路物理特性,定量研究红外光电系统的时域噪声和空域噪声在像面上的辐照度。基于图像目标信噪比检测判据给出了综合各种噪声条件下针对红外点目标的作用距离计算方程。最后,以航空平台上一套中波红外凝视探测设备为例来进行作用距离的计算和分析。通过示例验证了作用距离计算方程简单可行,可针对不同条件、地域对红外成像系统作用距离进行预估。作用距离计算方程可以帮助使用者在设计初期阶段确定不同参数对红外探测装置性能的影响。     

雾的前向散射对距离选通成像系统的影响

根据辐射传输和Mie散射理论,给出了分析雾的前向散射对距离选通成像系统影响的计算方法。首先,采用雾的含水量和能见度的经验公式估计雾滴谱。其次,已知雾滴谱计算Mie散射相函数;进而获得视消光系数。最后,给出了考虑前向散射光的影响时,前向散射光、后向散射光和信号光在距离选通成像系统光电阴极面上的照度随时间的变化规律,以及光电阴极面上目标与背景图像的对比度。结果是目标上的照度、后向散射光和信号光在光电阴极面上的照度增加,目标与背景图像的对比度降低;前向散射光在光电阴极面上的照度远小于后向散射光。     

应用多级门限法去除气象回波图像噪声

文中介绍了应用功率、杂波校正因子（ＣＣＯＲ）和信号质量指数（ＳＱＩ）等多级门限联合处理的气象目标回波图像噪声去除算法。通过利用气象回波信号底层处理时的相关信息进行地杂波和白噪声的去除,突破了以往只能在高层采用图像处理的去除噪声的局限。由于充分利用了信号与地杂波和白噪声的不同特征信息,仅增加少量运算就去除了噪声干扰,同时很好地保留了小信号。经过在自行研制的基于Ｃ３Ｘ的并行ＤＳＰ阵列处理机上现场运行并     

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。     

利用太阳测量整层大气光谱透过率

简要介绍了利用太阳辐射测量整层大气光谱透过率的实验装置、测量原理和数据处理方法.为得到大气光学参数的实际变化规律,设计了由宽光谱范围的平场凹面光栅和高灵敏度的线阵CCD构成的硬件系统,利用太阳直接辐射测量其连续光谱,使用Langley拟合方法进行定标,通过运算得到了实际天气条件下的大气光谱透过率.将实测结果与现有其他设备的测量数据进行了对比,证明了测量结果的可靠性.     

红外图像数据库的研建

文中介绍了在Ｗｉｎｄｏｗｓ ＮＴ４．０平台上,采用Ｃｌｉｅｎｔ／Ｓｅｒｖｅｒ模式开发的红外图像数据库管理系统,以便对大量,庞杂的红外图像进行科学管理,自动完成对红外图像的录入,检索、排序,对比,修改,处理,重构、再现和输出等操作。按附属于图图像上的相关信息如目标类型、背景类型,天气,季节,图像对比度,信噪比等对图像进行分类。基于关系数据库模型,设计出了符合第三范式（３ＮＦ）的库结构。为了保证数据库     

Imaging Order Scheduling of an Earth Observation Satellite

This paper presents the research and development of an imaging order scheduler for FORMOSAT-2, an Earth observation satellite taking images of ocean and landmass in the vicinity of Taiwan according to customers' requests. The quality of satellite image pictures depends heavily on the posture and position of the spacecraft as well as on the weather condition of the target area when taking the images. The satellite imaging order scheduler considers current and future weather conditions to provide an imaging plan that satisfies customer requirements with quality imaging pictures. The satellite imaging order scheduling problem is formulated as a stochastic integer programming problem. We adopt the rolling horizon approach to solve this problem. A nominal plan is generated based on the forecast weather conditions. This nominal plan is adjusted with the updated information during its execution. Lagrangian relaxation is used to solve for a nominal imaging plan. Numerical results indicate that our imaging order scheduler is effective and efficient to generate good imaging plans for realistic problems. We also conduct experiments to further explore the algorithmic features. Our analysis of variance (ANOVA) study concludes that the performance of our solution algorithm significantly depends on the number of jobs, as well as the rewards of order completion. However, the effect caused by weather conditions is not obvious.     

气动光学效应校正技术初步分析

为了对付空中新一代威胁,未来的防空导弹具有高速高加速,高精度光学探测和侧窗探测与控制等特点。文章分析了新一代防空导弹红外成像导引头侧窗探测气动光学效应产生的机理,并结合弹上末制导的特点,在对国内外文献综合分析的基础上,提出了气动光学效应校正技术途径,主要包括：焦面优化技术,自适应变帧频变积分时间的快速红外成像技术,背抑制技术和综合模糊识别技术等。