针对遥感应用中的三维云层辐射传输计算问题,提出一种水平方向邻域多次散射近似模型。通过分析水平方向相邻云体单元间的辐射通量密度变化机制,建立相邻云体水平辐射交换方程。引入太阳方向补偿函数,修正太阳入射角对辐射传输的影响。利用I3RC Phase Ⅱ淡积云场(Cu)数据、基于实测修正的多尺度叠加分形算法得到的层积云场(Sc)数据和高积云场(Ac)数据进行实验。实验结果表明,与独立像元近似(IPA)模型和严格单次散射结合爱丁顿多次散射(SSEddMS)模型相比,在0~60°太阳天顶角范围内,所提模型的上行方向辐射源函数(USF)平均相对误差优于13%;在低太阳天顶角条件下,计算精度提升超过15%;在不同观测条件下,像元级辐射计算精度优于5%。所提模型能够适用于具有不同光学厚度与水平非均匀性的三维云层,在稳定性、适用性及计算精度方面均具有显著优势。

针对远距离空中弱目标光学探测的需求,提出天基探测系统性能表征与关键指标匹配设计方法.首先立足于天基光学探测全链路,分析得出影响天基观测条件下空中复杂环境背景中弱目标光学探测的主要因素,包括场景杂波、探测系统的光谱辐射尺度、几何尺度等; 然后对上述影响因素进行表征建模,建立目标的图像信噪比与影响要素之间的关系模型,即探测系统性能表征模型; 最后以典型探测场景为例,通过研究目标在不同场景杂波及探测多尺度耦合特性下的信噪比变化规律,提出探测谱段优选及其与空间分辨率的匹配设计建议,可为我国天基探测系统设计、指标论证、信息处理算法优化提供理论依据与科学指导.

针对天基观测复杂环境下空中弱小目标远程广域探测的需求, 立足于天基光学探测链路, 分析太阳光照、云层及地表等复杂背景环境与目标辐射的相互作用机理, 在此基础上提出影响天基目标光学特性的探测场景环境要素; 然后结合目标的可探测性表征, 分析在不同探测谱段情况下, 不同光照、地表背景类型及云层等复杂环境要素对目标可探测性的影响规律; 最后以某典型目标为例, 结合现有的目标特性认知与理论建模, 分析得出复杂环境要素的影响排序, 并根据目标信杂比随谱段的变化特性, 提出探测谱段的优选建议, 为我国隐身/反隐飞行器设计、探测系统设计及信息处理算法优化提供理论依据与科学指导.

为了深入研究物方扫描机构与点目标探测性能的关系，定义了度量扫描机构运动特性的扫描非均匀性指标。根据扫描成像的物理过程，建立了线阵探测器扫描成像模型，并以目标信噪比为核心分析了TDI探测器下扫描非均匀性的影响。首先，根据物方扫描工作特点设置了与扫描机构工作方式相配合的探测器积分时序,并建立了扫描非均匀性度量参量；其次，在经典成像模型的基础上建立了符合积分时序和TDI工作原理的点目标成像模型，并结合探测器噪声模型和TDI工作原理推导了目标信噪比计算公式，通过该公式分析了不同光学系统、TDI级数及目标尺度条件下目标信噪比与扫描非均匀性的关系；最后，从保证能够目标检测性能的角度给出了在相对信噪比限制条件下扫描非均匀性上限。所建立的成像模型准确反映了扫描探测系统各部分特性，分析结果对探测系统的总体设计和指标分配具有指导意义。