影响天基弱目标光学探测的典型虚警源仿真建模及分析

论文摘要

空中弱目标天基光学探测与识别技术是目前军事航天、国防安全等领域的重要发展方向之一。而对于天基光学观测视角下,探测场景复杂,其中不仅包含目标与背景,还可能存在高反射率云层、地面高温热源、空中闪电等多种虚警源,这将严重影响目标的检测识别概率。本文从天基光学探测原理出发,分析潜在的虚警源,并进行光学特性分析与建模仿真方法研究,可为探测载荷方案设计与检测识别算法研究提供支持。开展的具体研究内容为:（1）天基光学探测潜在虚警源分析。从天基光学探测原理及方案出发,分析天基光学观测视角下复杂场景中可能出现的潜在虚警源。结合过门限目标检测原理,通过分析典型空中目标和潜在虚警源在不同空间尺度、时间尺度、辐射尺度下的像元形态与辐射亮度差异,分别给出每种尺度下的主要虚警源。（2）高反射率云层红外辐射特性仿真模型建立。首先,从云层光学成像的物理机理出发,分析了光线的入射、吸收、散射等辐射能量传输过程;然后,建立云层粒子谱分布表征模型,结合米氏散射理论计算云层的光谱辐射特性参数;而后,建立云层的辐射特性计算模型,实现云层辐射能量的计算;最后,利用Dimond Square分形算法生成云层的外形结构,进而实现相应外形结构下的云层辐射亮度的计算,映射为图像灰度（DN）值,生成高反射率云层的红外仿真图像。（3）地面高温热源红外辐射特性仿真模型建立。首先,对真实地面高温热源遥感图像进行大气校正与辐射定标,获取热源的辐射亮度;然后,利用Kmeans算法识别高温像元,并基于物理成像机理,建立地面高温热源温度反演模型,实现热源的温度分布特性参数的反演;而后,计算不同仿真条件下热源像元的辐射亮度;最后,将像元辐射亮度值映射为图像DN值,生成地面高温热源的红外仿真图像。（4）空中闪电红外辐射特性仿真模型建立。首先,从闪电外形结构的自相似性出发,运用L-System算法对闪电的主干分支结构进行仿真;然后,根据真实闪电的LIS数据资料,分别对闪电中短波红外波段的辐射特性进行建模计算;而后,将闪电的外形结构与计算的辐射能量结合,形成初步的闪电红外仿真图像;最后,模拟闪电的光晕效果,将大气点扩散函数引入到闪电红外图像的仿真中,生成闪电红外仿真图像。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 课题的背景及研究目的与意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 高反射率云红外辐射场建模与仿真
•     1.2.2 地面高温热源红外辐射场建模与仿真
•     1.2.3 空中闪电红外辐射场建模与仿真
•   1.3 本文的主要研究内容与技术方案
• 第2章 天基光学探测潜在虚警源分析
•   2.1 引言
•   2.2 天基光学探测原理及方案分析
•   2.3 空间尺度下潜在虚警源分析
•     2.3.1 目标的空间尺度
•     2.3.2 潜在虚警源空间尺度
•   2.4 时间尺度下潜在虚警源分析
•   2.5 辐射尺度下潜在虚警源分析
•     2.5.1 目标的辐射能量
•     2.5.2 潜在虚警源的辐射能量
•   2.6 本章小结
• 第3章 高反射率云红外辐射特性研究及仿真建模
•   3.1 引言
•   3.2 云的物理特性
•     3.2.1 云的微结构
•     3.2.2 云的含水量
•   3.3 云的光学特性
•     3.3.1 云滴粒子的折射率
•     3.3.2 云滴粒子散射与吸收系数
•     3.3.3 云层散射反射率
•     3.3.4 云层散射相函数
•   3.4 云场辐射计算方法
•     3.4.1 云层光学厚度的计算
•     3.4.2 云层辐射能量的计算
•     3.4.3 波段云层辐射计算
•   3.5 高反射率云场辐射计算结果与分析
•   3.6 云场红外辐射图像仿真
•     3.6.1 云场红外辐射仿真方法
•     3.6.2 云场红外辐射图像仿真结果
•   3.7 云场仿真结果及分析
•   3.8 本章小结
• 第4章 地面高温热源红外辐射特性研究及仿真建模
•   4.1 引言
•   4.2 影响地物高温热源红外特性的成像链路分析
•   4.3 地物高温热源红外成像链路建模
•     4.3.1 地表物体的辐射
•     4.3.2 大气传输计算
•   4.4 典型地物背景的红外反射率与发射率
•   4.5 地面高温热源温度反演模型
•   4.6 地面高温热源红外图像仿真方法
•     4.6.1 地面高温热源红外图像仿真流程
•     4.6.2 地面高温热源像元分割与仿真结果
•   4.7 地面高温热源红外仿真及分析
•     4.7.1 短波红外仿真及分析
•     4.7.2 长波红外仿真及分析
•   4.8 本章小结
• 第5章 空中闪电红外辐射特性研究及仿真建模
•   5.1 引言
•   5.2 闪电物理特性
•   5.3 闪电几何形状仿真
•   5.4 闪电红外辐射亮度计算
•     5.4.1 闪电短波红外波段辐射亮度计算
•     5.4.2 闪电中波红外波段辐射亮度计算
•   5.5 闪电红外图像仿真方法
•     5.5.1 大气调制传递函数建模计算
•     5.5.2 闪电红外图像仿真
•     5.5.3 云顶闪电红外图像仿真
•   5.6 闪电红外图像仿真结果及分析
•   5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘非

导师: 张伟

关键词: 天基光学探测,空中弱目标,典型虚警源,红外特性,仿真建模

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 物理学,工业通用技术及设备,航空航天科学与工程,武器工业与军事技术,自动化技术

单位: 哈尔滨工业大学

分类号: V52;TJ86;TP751;O439

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.003489

总页数: 80

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