天基光学探测中典型干扰源的光谱辐射特性分析

摘要

天基探测条件下，目标和典型背景的不同光谱辐射特性是探测和识别目标的基础。由于云层、大气临边和星空背景的光谱辐射特性的复杂性和多变性，一直是目标探测中重要的干扰源。根据目标及其所处背景的光谱辐射特性，寻找最佳探测波段，使目标及其所处背景有最明显的不同，以便于从视场中识别出目标，对于天基探测条件下目标识别有重要的意义和价值。
　　基于此，建立目标和典型背景的光谱辐射模型，分析其光谱辐射特性，为这种探测识别提供技术和数据上的支持。在探测器视场角内会出现的物体，即视场角内的内容，包括：目标/诱饵、云层、大气临边和星空背景。为了确定目标和这些典型背景的辐射信息以实现对目标的探测，本文对这些内容进行特性分析、理论建模和光谱辐射强度的计算，主要内容包括以下3个方面。
　　1．建立了中段目标/诱饵的热平衡模型和光谱辐射特性模型，分析了材料物性、边界条件对中段目标/诱饵的方向辐射强度的影响规律。根据中段目标/诱饵与其所在的外热源环境的各种能量交换，得到日照区和地球阴影区的热平衡方程，确定中段目标/诱饵的温度变化。建立目标/诱饵的反射光谱辐射特性模型和发射光谱辐射特性模型，在得到的目标/诱饵表面温度数据的基础上，计算目标/诱饵在不同方向上的反射和发射光谱辐射强度。
　　2．基于辐射传递原理和MODTRAN软件，建立了云层和大气临边的光谱辐射特性模型。首先建立了光线入射吸收、散射性介质，只考虑一次散射以及仅考虑到二次散射时的辐射传输模型。根据云层背景的几何物理参数，利用Mie散射理论，结合云层粒子浓度和粒径分布，得到云层粒子系的光谱辐射特性参数，计算云层在不同方向上的反射光谱辐射强度。利用MODTRAN（中等光谱分辨率大气透过率及辐射传输算法数据库），计算不同条件下大气临边背景的光谱辐射强度。
　　3．建立了星空背景的有效温度和探测角参数计算模型，基于MSX星表和随机微粒群优化算法实现了这两个参数的反演，获得了任意时刻、不同观测点位置下的恒星光谱辐射强度。首先在分析恒星所处的深空环境和探测器对恒星的探测的基础上，建立恒星有效温度和探测角参数的计算模型。根据MSX（红外测光星表）中提供的有关视星等、赤经、赤纬和辐射流量等数据，利用随机微粒群优化算法，反演得到恒星有效温度和探测角参数。进一步获得了任意时刻、不同观测点位置下的恒星光谱辐射强度。
　　本文利用理论建模和数值方法研究天基光学探测条件下目标和典型背景的光谱辐射特性，计算目标/诱饵的反射和发射光谱辐射强度，云层反射光谱辐射强度，不同大气临边条件下的光谱辐射强度以及星空背景的光谱辐射强度。对光线入射吸收、散射性介质的辐射传输模型与蒙特卡洛方法计算的数据结果进行对比，计算的恒星有效温度和已知的恒星温度对比，验证结果的正确性，这些工作为天基光学探测条件下目标识别提供了理论依据、技术支持和数据参考。

目录

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英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 课题相关研究现状

1.3 本文研究内容

第2章 空间目标的光谱辐射特性

2.1 引言

2.2 空间目标/诱饵温度分析

2.3空间目标/诱饵光谱辐射强度计算

2.4 本章小结

第3章 云层和大气临边背景光谱辐射特性

3.1 引言

3.2 光线入射介质光谱辐射特性计算方法

3.3云层背景光谱辐射强度的计算

3.4 大气临边红外光谱辐射特性计算

3.5 本章小结

第4章 星空背景的光谱辐射特性

4.1 引言

4.2 星空背景光谱辐射强度的计算方法

4.3 恒星有效温度和探测角参数计算的数值实验

4.4 恒星有效温度和探测角参数计算结果对比

4.5 本章小结

结论

后续工作及研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文及其他成果

声明

致谢