研究雾中红外辐射衰减特性, 有助于提高**装备雾天条件下的红外对抗能力。基于大气辐射传输软件(CART)、Beer-Lambert定律、Mie散射理论和雾滴谱分布函数, 计算雾滴粒子群红外辐射透过率, 对红外辐射在平流雾和辐射雾中的传输衰减特性进行研究。以近红外辐射1.064 μm、中红外辐射3.8 μm和远红外辐射10.6 μm在轻雾条件下为例, 结合3个地区实测数据, 分析了能见度、传输距离、入射光波长和晴朗大气透过率计算值对平流雾和辐射雾总透过率的影响。结果显示在轻雾条件下, 辐射雾衰减小于平流雾衰减, 远红外辐射10.6 μm具有很好的传输性能, 地区气象参数不同对其有显著影响。

为了解不同类型气溶胶的消光特性及粒子多次散射效应对可见光传输性能的影响,选取400, 488, 550, 694 nm波长和海洋型、沙尘型、水溶性、烟尘4种常见气溶胶,基于Mie散射理论和建立的稳态蒙特卡罗计算模型,研究了可见光的大气传输衰减特性。结果表明,单个粒子散射强度随入射波长的增大而减小;海洋型、水溶性、烟尘粒子的消光效率因子随波长的增大而减小,沙尘型粒子则相反;海洋型、沙尘型、水溶性粒子的消光以散射为主,烟尘粒子则以吸收为主。利用稳态蒙特卡罗方法模拟多次散射效应,结果表明,光波在海洋型气溶胶中透过率最大,在沙尘型、水溶性和烟尘气溶胶中依次减小;随着能见度的增大,透过率逐渐增大。当能见度达到一定程度时,多次散射过程中的吸收作用可以忽略不计。该结论有助于在特定类型气溶胶光学厚成像路径中,构建更加准确的图像退化模型。

为了研究多次散射效果下红外辐射在雾中的传输衰减特性, 基于Mie散射理论, 计算了1.064 μm、3.8 μm和10.6 μm激光在平流雾和辐射雾中的消光参量和多粒子散射相位函数.利用Monte Carlo法建立了辐射传输模型, 分析了多次散射效应下接收屏、能见度和传输距离对透过率的影响, 并与Lambert-Beer定律计算结果进行了比较.结果表明: 当能见度和传输距离均为1 km时, 1.064 μm激光在平流雾中的接收屏粒子数随接收屏边长的增加而显著增加; 相同的能见度和传输距离下, 激光在辐射雾中的衰减小于在平流雾中的衰减; 10.6 μm激光在平流雾中具有很好的传输性; 当粒子散射能力越强、前向散射概率越大时, 多次散射对透过率的贡献越明显; 激光在雾中的传输衰减特性不仅与消光系数有关, 还与散射系数密切相关; 能见度和传输距离存在最佳组合, 使得此传输条件下多次散射对透过率的贡献最大.

为了研究降雨对近红外辐射的衰减,定量评估降雨对近红外设备的影响,在雨滴谱分布二元函数模型建立的基础上,提出了一种雨滴谱分布数据库的建立方法,对LAWS和PARSONS在美国华盛顿地区测量的雨滴谱分布数据进行拟合,建立雨滴谱分布数据库。基于雨滴谱分布数据库,结合米散射理论和衰减系数公式,得到了1μm,2μm和3μm波长近红外辐射的消光效率因子与雨滴直径的关系曲线,并计算了在降雨量分别为0.25mm/h,1.25mm/h,2.5mm/h,12.5mm/h,25mm/h和50mm/h条件下的近红外辐射衰减系数。结果表明,不同降雨量条件下,对于雨滴谱分布的函数关系式,正态分布具有更好的拟合效果; 消光效率曲线的包络线随波长的增大而增大;拟合衰减系数和降雨强度的函数关系发现,指数函数具有很好的拟合效果。该计算结果对研究降雨对近红外辐射的衰减具有重要意义。

雨雾条件下目标场景可见光成像是战场环境仿真的重要内容, 可见光图像增强对于提高光学制导导弹的作用距离和打击精度具有十分重要的意义。在大气环境的实验方舱中开展雨雾条件下目标机构, 即微缩景观沙盘的可见光图像的仿真研究, 分别获得晴天, 轻雾、中雾和浓雾, 小雨、中雨和大雨条件下目标的可见光图像。采用改进的暗通道法获得不同雨雾条件下的增强图像, 并计算了雨雾图像和增强后图像的标准差(MSE)和峰值信噪比(PNSR)。结果表明, 轻雾、中雾和浓雾, 以及小雨、中雨和大雨条件下, 随着雨雾等级的提高, 雨雾图像以及增强后图像的MSE逐渐增加, 分别由245.78增加到383.07, 和由46.84增加到222.01; PNSR逐渐减小, 分别由24.23下降到22.29, 和由31.42下降到24.66。据此说明, 图像质量随着雨雾等级的提高而下降, 经过图像增强依然存在此现象。另外, 对比雨雾图像的MSE和PNSR与增强后图像的MSE和PNSR发现, 增强后图像的MSE明显减小, PNSR显著增大, 依据MSE和PNSR两个客观评价指标, 图像质量在进行图像增强后显著改善。