基于遥感数据的地球背景中红外场景仿真

卫星遥感是研究地球大气背景红外辐射特性的重要手段,受大气影响及传感器观测条件的限制,无法获取多气象、多探测条件的辐射数据。针对该问题,基于JHU地物光谱数据库,分析了植被、水体、岩石等光谱辐射特性,结合传感器光谱响应,建立了3~5 m基于光谱相关性的地表辐射波段转换模型,并利用逐步回归法计算误差,模型误差小于10%。利用MODIS、AIRS等多源遥感数据产品,根据地表-大气-传感器辐射传输模型,模拟不同时空分辨率、探测条件等的地球背景辐射中红外图像。结果表明,利用多源遥感数据进行中红外图像仿真,可以实现大尺度、具有细致纹理结构的图像模拟,应用于遥感研究。     

红外预警卫星探测波段地球背景辐射仿真研究

针对红外预警卫星探测波段遥感数据难以获取的问题,研究了基于地表温度反演的红外预警卫星探测波段地球背景辐射仿真方法。采用了通用型单通道算法对FY-3/MERSI数据集进行地表温度反演,得到了全球地表温度分布图。在此基础上,构建了地表红外辐射模型,充分考虑了海拔、大气模式、地表类型等因素对地表辐射的影响,利用MATLAB与MODTRAN进行联合编程完成每个像元对应的地表辐射计算,实现了红外预警卫星探测波段地球背景辐射场景的图像生成。仿真结果表明:仿真图像分辨率高,能够准确反映红外预警卫星探测波段的地球背景辐射特性,可为研究红外预警卫星作战效能评估和目标识别技术提供场景数据支撑。     

海面目标高分辨率卫星成像仿真方法

海洋目标高空间分辨率遥感成像仿真技术在海面目标探测识别等方面得到了广泛应用。舰船与海水流体交互作用在高分辨率下得以显现,对其产生的复杂流场辐射模拟是成像仿真的主要难点。重点研究了舰船航行过程中与海水交互产生的流场几何形态和物性变化,提出了与海面方向辐射特性的耦合作用模型及海洋目标高分辨率遥感成像仿真方法。通过频谱分析的方法构建海面三维模型,使用计算流体力学的方法构造了船只航行流场的三维几何模型。根据海面组分分布的不同将其辐射特性与三维结构关联,构建了亚米级海洋场景三维辐射模型。通过辐射传输计算、场景内部多次反射模拟及大气影响和传感器效应仿真,最终得到观测条件下的卫星遥感图像。结果表明,将GF-6卫星全色波段实测图像与相同成像条件下的仿真图像对比,图像均值的误差为9.17%,标准差误差为9.21%,在平均灰度值、灰度分布、纹理细节等方面都具有较好的一致性,可以较真实地模拟高分辨率卫星成像下的海洋目标场景。     

基于遥感反演的空间下视系统红外场景仿真

空间红外下视系统的真实感红外场景仿真一直以来都是研究的一个难点。提出了一种基于卫星红外遥感反演数据的空间下视红外场景仿真方法。利用红外遥感反演数据,通过匹配算法获得仿真波段内地表红外纹理,建立了下视红外观测模型,对地表红外纹理图像在传感器焦平面上重采样,最后按照辐射传输理论,计算生成光学入瞳前红外场景。仿真结果表明:该方法可以逼真地模拟地物场景红外纹理特征。将热红外遥感反演技术应用于红外场景仿真,极大简化了大规模地表场景仿真过程,为空间下视系统红外场景仿真提供了一种直观、有效的新方法。     

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.     

空间目标临边探测背景红外成像建模与图像仿真

临边红外观测是对辐射强度较弱空间目标的一种有效探测方式,探测临边背景的红外辐射分布规律直接影响目标检测跟踪的效果。通过实测图像对临边背景辐射统计特征进行建模:临边背景辐射亮度在地平线垂直和水平方向具有不同的分布规律,垂直分布与视线切线高度相关,水平方向可近似为正态分布,变异系数取值集中于[0.01,0.05]。基于建模成果提出了一种临边背景红外图像快速仿真方法,实验结果表明仿真图像与实测图像具有较高的一致性,验证了成像模型和仿真方法的有效性。同时,快速仿真方法耗时仅为常规逐像元仿真方法的1/200,能够满足实时仿真的需求。研究结果可应用于红外相机设计和目标检测算法测试等领域。     

时序平滑多尺度叠加动态红外云场景仿真

天基红外观测场景中云场景具有几何结构动态变化复杂、尺度变化随机、辐射动态变化不确定的特点且与天基动态探测链路耦合,对系统探测效能造成极大影响。因此,开展云场景仿真方法研究对天基红外光学卫星系统设计具有非常重要的意义。针对传统仿真方法在大尺度动态云图像仿真应用中计算效率低、占用内存大的问题,提出了一种基于时序平滑多尺度叠加方法的动态云图像仿真方法,在基于多尺度叠加算法进行云层整体位置移动仿真的基础上,利用帧间插值的方法实现动态云层形状结构变化,计算效率提高10倍以上,真实模拟云场景的整体移动与内部变化,实现大尺度动态云图像的仿真。     

卫星影像在热红外场景仿真中的应用

针对早期热红外场景模拟基于机载热像仪图像或随机产生场景的情况,提出针对高分辨率卫星图像进行热红外场景模拟的方法。基于高分辨率卫星图像,采用ISODATA法进行非监督分类,得到土地分类专题图,通过地物光谱数据库获得场景地物温度及发射率,以及大气辐射传输软件MODTRAN对其进行大气修正,从而获得地面场景辐亮度图像。场景仿真结果表明：利用高分辨率卫星图像进行热红外场景模拟是一种全新而有益的尝试,对伪装效果检验等相关研究工作具有一定的参考价值。     

红外遥感技术在民用对地观测卫星中的应用现状（下）

利用卫星遥感技术对地球资源、海洋和大气等环境状况进行监测,可以为人类生存环境提供预测信息和安全保障。红外遥感仪器是对地观测卫星的主要探测载荷。随着红外探测器性能和系统集成技术的不断提高,空间红外遥感仪器的探测能力也得到了长足发展。介绍了近五年各国相继发射的各类高性能对地观测卫星,总结了主要红外遥感仪器的应用状况、功能和特性,并对其未来的发展趋势进行了分析。     

红外遥感技术在民用对地观测卫星中的应用现状（上）

利用卫星遥感技术对地球资源、海洋和大气等环境状况进行监测,可以为人类生存环境提供预测信息和安全保障。红外遥感仪器是对地观测卫星的主要探测载荷。随着红外探测器性能和系统集成技术的不断提高,空间红外遥感仪器的探测能力也得到了长足发展。介绍了近五年各国相继发射的各类高性能对地观测卫星,总结了主要红外遥感仪器的应用状况、功能和特性,并对其未来的发展趋势进行了分析。     

海洋上空云多角度偏振辐射阈值检测方法研究

云是海洋遥感的一项重要研究内容,云检测精度对于海洋上空云微物理特性的反演和海洋水体观测具有重要意义.以高分五号卫星搭载的大气气溶胶多角度偏振探测仪(Directional polarimetric camera,DPC)在轨成像数据为研究对象,提出了一种基于多角度偏振辐射信息的海洋上空云检测方法.首先用耀光角判别法区分...     

低云中短波红外表观辐射模型研究

在对空红外系统的多光谱探测和红外仿真中，云的干扰不可忽略，所以，对云的辐射特性的研究至关重要。在不同的波段，云的辐射特性会有很大的差异，为了研究各个不同波段云的表现辐射特性．需要计算云的光谱辐射量。在典型观测模式下建立了低云的表观光谱辐射模型，研究了对云背景辐射有贡献的各个辐射分量的计算方法。基于传统的二流近似模型获取各个参数，引入云的光谱光学厚度的经验公式。进而获得了低云在中短波段的光谱辐射特性，有效地计算出了云背景在1-5μm的中短波段内的表现光谱辐亮度数据，并且节省了计算时间。经过比较发现，该模型的计算结果与实测结果有较好的一致性。可以为云背景多光谱分析、探测及仿真提供背景数据。     

基于ANSYS的目标红外特性建模与仿真方法

目标红外仿真建模是实时红外场景仿真的关键部分。为了快速准确的建立目标红外仿真模型,提出一种结合CAD 技术和有限元热分析的目标红外特性通用仿真方法。首先对目标的红外特性进行理论分析。然后使用Solidworks 对目标进行几何建模;将目标模型导入ANSYS 进行有限元热分析;利用热分析获得目标的节点温度点云数据与节点拓扑结构,在仿真软件系统中重建目标的三维红外辐射场分布,并获得了目标的红外目标辐射特征结果。分析结果表明,仿真模型能够很好地逼近实测数据,有效地模拟仿真目标的红外辐射特征。     

基于OGRE的三维红外云仿真

根据实际需要简化了云的辐射模型,利用Modtran软件对整个场景的大气进行计算,得到大气路径辐射和透过率。再通过GPU的并行处理对整个数据进行采样,模拟出大气辐射传输效应。最后通过OGRE的粒子系统模拟出三维云体,结合云的自身辐射特性和大气效应模拟出三维红外云场景。仿真结果表明,生成的三维红外云场景有较好的真实感和实用性,为后续其它研究提供基本数据。     

高分辨率卫星海洋背景成像仿真方法

海洋背景的仿真是海面目标场景仿真的关键环节,是海洋目标-背景耦合作用模拟的重要基础,决定了仿真图像中目标与背景差异特征的正确性和真实性。高分辨率遥感成像下,海面细节特征突显,以往视海表为均匀辐射面的处理方法给高分辨率海洋场景仿真造成较大误差。重点研究了海面三维形态、多组分分布与海水方向反射特性的耦合作用和辐射模型,提出了海面高分辨率遥感成像仿真方法。通过频谱分析的方法构建海面三维模型,根据海面组分分布的不同及不同位置海面法向的不同,修正了低分辨率下的海洋BRDF模型,使其满足高分辨率卫星图像的仿真应用,计算出不同组分的海面的方向反射数据,并将其与海面三维模型关联,构建了亚米级海面三维辐射模型,通过光线追踪方法建立海面零视距辐射场,并经过大气影响和传感器效应,模拟不同海况条件下卫星遥感图像。结果表明:将ZY3-02卫星实测海面图像与相同成像条件下的仿真图像对比,图像均值的误差为3.7%,标准差误差为9.9%,可以较真实地模拟高分辨率卫星成像下的海洋背景。     

基于OpenGL的飞行场景红外仿真

在现代化战争中,红外探测与制导技术的使用已越来越广泛,因此如何实时生成战场环境的红外图像就变得非常重要。在Visual C++6.0环境中,利用OpenGL构建了可见光飞行场景;主要基于红外辐射相关理论,对场景中的目标和背景模型进行了红外辐射特性分析,并计算出了各部分模型面元的红外辐射强度;同时使用LOWTRAN7软件分析了大气衰减的影响,并通过灰度量化和OpenGL渲染技术构建了一种实时、动态的飞行场景红外仿真系统。试验结果表明,该系统能够实时生成飞行目标在不同红外波段及不同大气环境影响下的红外图像。     

大气层外弹道式目标表面温度场的有限元分析

获取目标表面温度场是进行红外特征分析的重要前提.根据大气层外弹道式目标温度场的轴对称分布特点,在柱坐标系内建立了二维瞬态热传递的有限元模型.模型中的自然边界条件包括太阳辐射、地球辐射、地球反照辐射和空间辐射.最后应用ANSYS软件计算了一种大气层外弹道式目标的表面温度场分布,数值计算表明:在目标飞行全程中,其表面温度在白天和夜晚分别约为34K和14K.该模型对于大气层外弹道式目标的红外探测、隐身和成像仿真具有重要价值.