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临近空间对地探测目标与背景红外特性研究

杨佳佳 周方方 崔立山 周纪

杨佳佳, 周方方, 崔立山, 周纪. 临近空间对地探测目标与背景红外特性研究[J]. 红外技术, 2021, 43(7): 670-678.
引用本文: 杨佳佳, 周方方, 崔立山, 周纪. 临近空间对地探测目标与背景红外特性研究[J]. 红外技术, 2021, 43(7): 670-678.
YANG Jiajia, ZHOU Fangfang, CUI Lishan, ZHOU Ji. Infrared Characteristics of Ground Targets and Background Observed from Near Space[J]. Infrared Technology , 2021, 43(7): 670-678.
Citation: YANG Jiajia, ZHOU Fangfang, CUI Lishan, ZHOU Ji. Infrared Characteristics of Ground Targets and Background Observed from Near Space[J]. Infrared Technology , 2021, 43(7): 670-678.

临近空间对地探测目标与背景红外特性研究

基金项目: 

航空科学基金 20170180002

详细信息
    作者简介:

    杨佳佳(1995-),女,四川成都人,硕士研究生,主要研究方向为热红外遥感。E-mail:yangjiajia0606@163.com

    通讯作者:

    周纪(1983-),男,四川南充人,教授,主要研究方向为热红外遥感。E-mail:jzhou233@uestc.edu.cn

  • 中图分类号: TN216

Infrared Characteristics of Ground Targets and Background Observed from Near Space

  • 摘要: 红外辐射特性是红外探测系统进行目标识别的主要依据。基于辐射传输原理,面向临近空间对地探测目标与背景的红外特性进行研究。利用全球大气廓线反映全球大气状况先验知识,设计了一套临近空间对地探测红外特性研究的辐射传输仿真方案。利用MODTRAN模型进行仿真,量化临近空间对地探测目标与背景的红外特性差异,分析传感器最优透过率波段以及红外辐射特性的影响因素。结果表明,大气透过率以及目标与背景的红外辐射差异随着临近空间传感器高度的增加而减小,且与大气状况密切相关;得出了传感器在3~14 μm范围内的最优透过率波段;季节、大气能见度与传感器观测角度对目标与背景的亮温差异造成的影响不可忽略。
  • 图  1  红外辐射仿真流程图

    Figure  1.  Flowchart of infrared radiation simulation

    图  2  全球大气透过率随波长的变化(注:中间的实线代表549条廓线仿真的大气透过率均值,阴影范围代表透过率最大-最小值范围)

    Figure  2.  Variation of the global atmospheric transmittance with wavelength (Note: The solid line in the middle represents the atmospheric transmittanceaverage of 549 profile simulations, and the shaded range represents the maximum and minimum transmittance ranges)

    图  3  大气透过率随波长的变化

    Figure  3.  Variation of atmospheric transmittance with wavelength

    图  4  大气透过率随高度的变化

    Figure  4.  Variation of atmospheric transmittance with different altitudes

    图  5  最优透过率波段

    Figure  5.  The optimal transmittance band

    图  6  不同目标与背景组合下亮温随高度的变化

    Figure  6.  Brightness temperature changes fordifferent combinations of target and background with altitude

    图  7  传感器位于不同高度时的图像仿真结果

    Figure  7.  The simulated brightness temperatureimage observed by the sensor at different altitudes

    图  8  不同目标与背景的亮温差在不同地区不同季节下的变化情况

    Figure  8.  Variations of the brightness temperature difference fordifferentcombinations of target and background in different regions and seasons

    图  9  目标与背景亮温差随大气能见度的变化

    Figure  9.  Variations of the brightness temperature difference for four combinations of target and background with differentatmospheric visibilities

    图  10  目标与背景亮温差随传感器观测角度的变化

    Figure  10.  Variation of the brightness temperature difference between target and background with different view zenith angles

    表  1  不同大气水汽含量下最优透过率波段

    Table  1.   The optimal atmospheric transmission band under different atmospheric water vapor content

    CWVC
    (g·cm-2)
    3~5 μm 8~14 μm Sample size
    τmax λcentre τmax λcentre
    < 1 0.94 3.72 0.97 11.1 129
    1-2 0.90 3.72 0.91 8.86 121
    2-3 0.88 3.98 0.86 8.86 88
    3-4 0.88 3.98 0.79 8.86 60
    4-5 0.87 3.98 0.72 8.86 47
    5-6 0.86 3.98 0.64 8.86 92
    6-7.94 0.86 3.98 0.59 8.86 12
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-07-17
  • 修回日期:  2020-08-05
  • 刊出日期:  2021-07-01

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