变化背景下的污染气体遥感探测

文中介绍的快速背景扣除算法对在污染气体的特征峰是单峰、多峰等情况下,都能快速有效地扣除掉低频背景信号,检出目标特征.这一方法为在快速移动背景下的污染气体探测识别提供了一种快速简便的手段.     

基于干涉图分析的大气污染气体探测

为使被动傅里叶变换红外光谱仪能在移动状态下进行大气污染气体的探测,研究了一种对干涉图进行滤波的信号处理算法.该算法通过选择合适的传统滤波器除去干涉图上多余的信息而保留与目标探测气体的特征峰有关的信息,达到识别的效果.结果表明利用该算法对干涉图进行处理可有效地识别污染气体.由于该算法不需要获得背景光谱,从而实现被动傅里叶变换红外光谱仪在移动状态下进行污染气体的探测.     

利用仿真技术从红外光谱中反演污染气体浓度的研究

;作为一种有效的大气污染气体遥感探测识别手段,傅里叶变换红外光谱仪已经得到越来越广泛的应用.当污染气体与背景存在温差时,红外光谱就能反映出污染气体的吸收或发射特征.目前,已有越来越多的人利用被动式傅里叶变换红外光谱仪进行大气污染气体的探测识别研究,而且也发展了许多由光谱提取目标信号的算法,但是这些方法大多是仅针对污染气体的定性研究的.利用仿真方法可以快速简便地计算出污染气体的浓度程长积,并可实现对遥感红外光谱的定量分析,且误差较小.     

弱信号亮温光谱的污染气体快速识别算法

基于被动傅里叶变换红外光谱仪设计开发了一种新的快速气体识别算法, 利用改进的动量梯度下降法对实测 的亮温光谱进行快速的光谱拟合。该方法不需要预先测得背景光谱, 能直接从实测光谱中扣除大气气体和天空等背 景的干扰, 在提取出污染气体成分以及浓度的同时, 能实时得到大气中主要气体的浓度程长积, 此方法适用于低空背 景下弱信号的污染气体识别分析。     

基于Rough测度的弱信号空间极化特征快速拾取方法

开展非电磁波的微弱信号处理研究,对于实际环境下的信号监测与探测具有很强的现实意义和应用前景,也面临着许多挑战.本文以微弱气体信号的早期快速探测作为研究背景,在分析了微弱信号早期探测的不确定性的基础上,运用粗糙集的数学方法,提出了基于Rough测度的信号处理方法,以快速拾取弱信号空间的极化特征,并以一维中尺度空间的信号源方位探测为实例,给出了基于Rough测度的快速拾取弱信号空间极化特征的具体算法,通过该算法计算,可以从初始无序的采样信号空间中找到具有趋势性的信号空间极化特征,从而实现信号方位快速识别与跟踪,其仿真结果表明该方法具有良好的稳健性、准确性和容错性.     

基于单像素单光子探测的目标识别与跟踪方法

为了实现弱回波信号下非合作目标识别跟踪,文章基于单像素光子计数激光雷达系统设计了目标识别跟踪策略,并且提出了一种目标识别跟踪方法。该方法首先将单像素光子计数激光雷达系统采集得到的三维点云经过插值处理得到直观的距离像,然后采用最大稳定极值区域算法分割目标和背景,根据目标轮廓特征识别并选择需要跟踪的目标。最后提取识别目标的质心,与激光雷达扫描中心的偏差作为误差信号,控制伺服系统在扫描的基础之上执行目标跟踪。实验结果表明,当激光发射能量为625 pJ、回波光子数为25时,该系统能对距离为5 m、角速度约为2 mrad/s的目标进行稳定的识别跟踪;验证了基于单像素光子计数激光雷达的策略及方法能够稳定的分割目标和背景,以及正确提取需要识别跟踪测距的目标质心,为弱回波信号下目标识别跟踪测距提供一种有效直观的探测方法,同时,弱信号探测作为远距离探测的必要条件,为远距离下的目标探测及识别跟踪提供了一个新的技术方向。     

一种气体的微弱红外光谱特征提取方法

被动傅里叶变换红外遥测技术可以测量大部分污染气体,亮温光谱法能够在无需背景信息的前提下实现目标特征提取与识别。在野外进行实测时, 存在背景物体辐射、大气中成分辐射、仪器噪声等信号。当目标信号弱于这些信号时,亮温光谱法难以直接从实测光谱中提取目标特征。针对这一问题,提出了一种基于非负矩阵分解的光谱特征提取方法,在被动红外遥测模型基础上,通过对整个亮温光谱进行分析,得到目标光谱特征。实际测量以SO$_2$为目标气体进行野外实验,对该方法进行了验证,结果表明,在目标信号较弱的亮温光谱中仍然能够提取到SO$_2$的光谱特征,证明了方法的有效性。     

基于空间外差的钾盐光谱探测与提取研究

含钾消焰剂的使用,大大降低了火箭尾焰的二次燃烧及辐射量,提高了对其探测与追踪的难度。基于空间外差光谱技术微弱光谱信号精细探测的优势特性,采用自行设计的近红外波段仪器,以室外天空为背景,用酒精喷灯火焰模拟火箭尾焰,实验研究了其中钾盐信号的探测,并以现代谱估计方法中的自回归AR算法和MUSIC算法对测量信号进行提取研究。结果表明,两种算法均能实现对钾特征信号的提取及对噪声的抑制,使特征信号的峰宽变得更窄,其中AR算法对钾766.49 nm特征峰的半峰宽减小率为21%,噪声减小率为42%;MUSIC算法对钾特征峰的半峰宽减小率为50%,噪声减小率为47%,两相比较可见MUSIC算法的效果更好,说明将空间外差技术应用于火箭等喷射式飞行器的识别具有可行性。     

无背景遥感FT-IR干涉图特征信息提取方法

为改进环境监测方法,结合遥感辐射传输模型,介绍了被动遥感傅里叶变换红外干涉图特征信息提取方法。该算法可直接对污染气体的遥感傅里叶变换红外干涉图进行处理,并利用数字带通滤波器压缩背景红外辐射及其他干扰物质。实现了目标特征信息的有效提取,无需对原始干涉图做傅里叶变换即可获得光谱,特别是无需使用背景光谱获得差谱或者比谱,克服了必须测量干净背景谱的限制。实验结果表明,经过特征信息提取的干涉图可用于模式识别和定量分析,效果良好。     

基于FPGA的干涉式红外成像光谱仪实时光谱复原研究

对目标的实时探测与识别是当前干涉式红外成像光谱仪领域研究的热点问题,而光谱仪实时光谱复原是有效解决该问题的前提。利用可见光相机模拟干涉仪而得到干涉图信号,利用高速大容量FPGA芯片设计了一种干涉式红外成像光谱仪实时光谱复原系统。系统主要由干涉图数据预处理、实时光谱复原以及光谱显示等模块组成,以流水线方式运行,能够实时输出目标的光谱信息,具有运算速度快、体积小、便于算法升级等优点,为光谱仪对目标的实时探测与识别研究奠定了良好的技术基础。     

实时海面舰船红外热像仿真平台

实时海面舰船红外热像仿真平台(Real-time Infrared Simulator,RIS)是针对舰船红外抑制和红外对抗研究开发的一款具有自主知识产权的舰船红外仿真系统。该系统集成了船体辐射场、排气烟羽辐射场、海天背景辐射、大气传输计算和红外导引头等功能模块。RIS仿真计算的光谱分辨率达到了20 cm-1,保证了大气、烟羽等气体辐射传输计算的精度。利用RIS能够模拟各种天气状况和气象条件下沿不同视角方向观测时经大气传输后的红外热像。在此基础上,可以对舰船的红外隐身效果、不同红外抑制和红外对抗装置的使用效果以及经济成本进行仿真分析。海上航行实验的测量结果验证了RIS仿真结果的精度。     

蒙皮反射的背景辐射对亚声速飞机红外特征的影响研究(二): 应用

采用典型背景下的飞行器红外辐射特征计算模型, 研究了蒙皮反射太阳、大气和地面等背景辐射对亚声速飞机总的红外特征的影响。计算分析了背景辐射对降低发射率的红外抑制效果的影响。结果表明: 太阳辐射对飞机前向探测区域3~5 m波段的红外辐射强度影响最大, 大气和地面辐射对飞机前向和侧向探测区域8~14 m波段的红外辐射影响更明显;探测方位、季节不同, 影响程度也不同;蒙皮反射的背景红外辐射使得降低发射率措施的红外抑制效果降低甚至失效。     

一种新型红外多波段低背景探测技术

红外低背景探测技术主要应用在深空环境,系统灵敏度与自身背景辐射关系较大,如何有效抑制探测系统自身背景辐射一直是重点研究方向;识别一直是红外领域的研究热点,增加探测谱段是提高特征获取量的最有效方式。介绍了一种局部制冷分光的红外多波段探测技术,该技术采用探测器一体化设计思路,将折反结构光学系统局部集成到探测器内部随红外芯片一起制冷;再利用分光元件进行双路分光,实现双波段能力,如果结合叠层芯片可以有效拓展到多波段能力;通过光学自辐射仿真,比较不同光学结构形式下的自辐射结果,可以看出:该技术背景辐射降低至常温折反系统背景辐射1/4,理论灵敏度可以大幅度提高,该技术优势明显,潜力巨大。     

Comparative Performance Analysis of the MWIR and LWIR Focal Plane Array Starring Imaging Infrared Systems

This paper review the fundamental physics of IR radiation and describes the predictive techniques and the methods of signature management for the specific exploitation of Imaging Infrared Surveillance Systems for shore based or ship borne surface to surface and low altitude air to surface scenarios, which are the most widely used. The parameters affecting the performance of the FLIR systems, such as target and background characteristics, atmospheric transmission and detector features are individually analyzed, in order to reach to FLIR performance assessment using either MWIR or LWIR bands. For this purpose the special scenario of maritime applications has been paying special consideration.     

一种新的单帧红外弱点目标多光谱联合统计检测方法

首先基于红外物理基本理论建立目标光谱模型, 并利用图像时域及空域相关性建立多光谱背静抑制算法移除缓慢变化背景.通过实验统计方法将残差图像样本点特征概率分布近似为正态分布.基于此假设, 提出了一种新的基于目标辐射强度和光谱特征的联合检测方法.最后, 通过图像仿真和ROC曲线分析算法性能, 试验结果表明, 此方法能够在低信噪比情况下成功检测弱小点目标.     

飞行器的红外特性

飞行器红外特性研究对许多工程问题有重要意义。文中讨论了飞行器的三种主要红外辐射源即羽流,热空腔－羽流组合体,蒙皮的红外特性。较具体地讨论了飞机在非加力和加力状态下三种辐射源的辐射特性,包括空间特性和光谱特性。同时提供了实测数据作比较,还讨论了飞行器红外特性计算方法的发展及评估。     

Least squares subspace projection approach to mixed pixelclassification for hyperspectral images

An orthogonal subspace projection (OSP) method using linear mixture modeling was recently explored in hyperspectral image classification and has shown promise in signature detection, discrimination, and classification. In this paper, the OSP is revisited and extended by three unconstrained least squares subspace projection approaches, called signature space OSP, target signature space OSP, and oblique subspace projection, where the abundances of spectral signatures are not known a priori but need to be estimated, a situation to which the OSP cannot be directly applied. The proposed three subspace projection methods can be used not only to estimate signature abundance, but also to classify a target signature at subpixel scale so as to achieve subpixel detection. As a result, they can be viewed as a posteriori OSP as opposed to OSP, which can be thought of as a priori OSP. In order to evaluate these three approaches, their associated least squares estimation errors are cast as a signal detection problem ill the framework of the Neyman-Pearson detection theory so that the effectiveness of their generated classifiers can be measured by receiver operating characteristics (ROC) analysis. All results are demonstrated by computer simulations and Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer (AVIRIS) data     

三视场白天测星研究

白天恒星探测最大的困难在于过强的背景辐射,全天时近红外多视场探测系统将三个参数相同的探测器刚性固连在探测平台上,同时进行恒星探测。结合中国地理位置,分析了白天近红外波段三个探测视场内的恒星——背景对比度随太阳天顶角、平台方位角、平台x方向俯仰角,平台y方向俯仰角及平台高度的变化情况。结果表明,随太阳天顶角的变化,对比度近似指数增长;随平台方位角的变化,对比度呈正态分布变化;当平台有一定的倾角时,对比度变化都很低且变化范围不大,但三个视场间相差较大（相差1.5~20倍不等）;随着平台高度的变化,对比度呈指数变化明显增大;为星等修正研究奠定较好的基础。