天基红外背景成像建模与验证

摘要

天基目标探测系统的主要关注对象是云，对云场景的成像建模仿真是高轨预研的重要课题之一，通过仿真获得的高轨云背景数据可以为导弹防御系统的指标实际提供数据输入。本文致力于高轨红外背景图像仿真工作的研究，通过计算机建模的方法获得有效的云背景数据，并通过对比验证的方法对模型的有效性进行初步评估。
　　本文从MODIS多光谱数据入手，利用现有劈窗法经验模型，对遥感数据的地理知识获取方法进行研究，进而达到信息反演的目的。在此基础上，结合适用于我国东南沿海和华中地区的MODIS云检测方法，确定了研究区中的云边界，为云和大气的分别讨论做好数据准备。在场景的红外辐射计算方面，提出了云辐射的详细计算方案和大气背景的简化计算方案。对研究区中的云，引入光学厚度和双向反射分布函数（BRDF）模型对其表面的反射特性进行了研究，确定了每个云像元的发射点和反射点，再结合云自身本征辐射和大气红外透过率，计算了相对精确的天基红外云辐射模型。对于大气强吸收波段中相对次要的海洋、森林、陆地等其他场景，利用MODTRAN系列代码的仿真输出简化了其辐射计算。在高轨探测器成像仿真方面，提出了图像投影变换模型，实现了低轨小宽幅场景到高轨大幅度场景的图像曲率化过程，和连续帧图像序列生成过程。结合成像链路调制传递函数和噪声模型，获得了高轨序列化图像输出，并基于图像特征提出了三类模型验证方法，验证了仿真模型的有效性。本仿真实现主要依赖ENVI（IDL）遥感数据处理平台和MATLAB科学计算平台,对高轨红外背景成像的全过程进行了详细的讨论，并侧重于实测数据的信息获取和辐射变换过程。本文研究对于天基红外场景仿真课题来说具有一定价值。

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第1章 绪 论

1.1课题背景及研究的目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3论文的主要研究内容和结构安排

第2章 基于MODIS数据的图像信息反演

2.1引言

2.2 MODIS简介及其数据预处理

2.3基于劈窗法的地表温度反演

2.4云检测

2.5研究区生成

2.6本章小结

第3章 场景辐射传输计算

3.1引言

3.2辐射计算模式

3.3云层辐射计算模型

3.4大气背景辐射计算

3.5仿真结果列举

3.6本章小结

第4章 成像仿真与模型验证

4.1引言

4.2投影变换

4.3探测器成像模型

4.4模型检验

4.5本章小结

结论

参考文献

声明

致谢