1 北京环境特性研究所，北京 100039
2 光学辐射重点实验室，北京 100854
建立了一种星载吸收波段红外传感器连续观测助推段火箭飞行的场景生成模型。提出了一种基于神经网络生成MODIS数据中第22、23波段高分辨率地表发射率图像的方法，生成了分辨率达到百米量级的地表发射率图像，并利用谱段关联计算了4.18~4.5 μm的地表光谱发射率；同时采用Runge-Kutta法生成火箭助推段的飞行轨迹，利用LOS方法计算尾喷焰气体的辐射传输，生成火箭尾喷焰图像。建立了尾喷焰、地表点和传感器的几何关系，对尾喷焰和背景投影成像，合成了卫星观测火箭尾喷焰的动态场景。对辐亮度图像序列进行分析发现，地面背景的辐亮度得到了压制，同时结合轨迹数据对不同时刻的目标辐亮度对比度和所占像元数进行了分析。此外，分析了不同场景下尾喷焰总辐射强度曲线的差异。结果表明，场景生成方法准确可靠，可为基于卫星图像序列的目标检测跟踪等研究提供数据基础和目标特性支撑。
红外辐射 场景仿真 火箭尾喷焰 MODIS infrared radiation scene simulation rocket plume MODIS 红外与激光工程
2021, 50(7): 20200519
1 电磁散射重点实验室，北京 100854
2 光学辐射重点实验室，北京 100854
将逆合成孔径雷达成像原理应用于激光波段和机载平台，在千公里级别探测距离上实现了对空间锥形目标的稀疏微动成像，对应距离/方位分辨率均为厘米级。通过建立机载逆合成孔径激光雷达成像模型，分析了平台和目标复合运动条件下的目标斜距和雷达回波构成，验证了机载逆合成孔径激光雷达对微动目标探测的可行性。针对激光波段方位向重复频率高、系统复杂和数据冗余等问题，提出了一种基于空间域压缩感知的微动目标稀疏成像算法，在方位向稀疏观测条件下，建立微动目标线性观测模型，并利用基于l1范数的优化方法进行稀疏信号求解，实现微动目标图像重构。基于电磁计算数据的实验结果验证了所提方法的有效性。
激光雷达 逆合成孔径 微动 压缩感知 稀疏成像 ladar inverse synthetic aperture micro-motions compressed sensing sparse imaging 红外与激光工程
2020, 49(S2): 20200190
1 中国科学院力学研究所 高温气体动力学国家重点实验室，北京 100190
2 中国科学院大学 工程科学学院，北京 100049
3 光学辐射重点实验室，北京 100854
采用直接模拟蒙特卡洛方法描述有限个仿真分子的运动、碰撞以及传能效应，计算得到高空羽流非平衡流场特性，利用统计平均方法获取羽流场的宏观参数，并采用佛奥特线型函数描述稀薄气体的展宽，逐线积分得到气体超窄谱红外辐射特性参数，结合反向蒙特卡洛方法计算高空羽流辐射传输方程，利用理论和实验数据验证流动与辐射计算模型的适用性，在此基础上，以某小推力发动机为对象，研究了其流动与超窄谱的红外辐射特性。研究结果表明：高空羽流场由于急剧膨胀，导致密度快速下降，进而产生明显非平衡效应；燃气组分受速度惯性影响，不同分子量的组分会有扩散分离效应；燃气组分谱线细而窄，以多普勒展宽为主，辐射峰值往中波平移，且4.7 μm 的CO及6.5 μm 的H2O发射带辐射能量占有更大份额；辐射亮度轴向分布集中在二倍喷管直径距离内，辐射亮度径向分布集中于分离波线以内的激波区内及内流区，其他区域成指数衰减。
高空羽流 直接模拟蒙特卡洛方法 反向蒙特卡洛方法 红外辐射 high altitude plume direct simulation Monte Carlo backward Monte Carlo infrared radiation 红外与激光工程
2020, 49(S1): 20200159
1 中国科学院力学研究所 高温气体动力学国家重点实验室, 北京 100190
2 中国科学院大学 工程科学学院, 北京 100049
3 光学辐射重点实验室, 北京 100854
高真空羽流指空间目标上火箭发动机在高真空环境工作时产生的燃气射流迅速膨胀扩散流动状态。这种急剧膨胀的羽流会对空间目标产生冲击、侵蚀, 其产生的辐射特性已应用于空间目标的探测、识别。基于无碰撞的自由分子流理论模型对高真空羽流的流场进行了快速预测分析方法研究, 获得了高真空羽流的膨胀、扩散分布特性, 得到了符合认识的流动规律结果, 在计算得到高真空羽流流动参数的基础上, 采用佛奥特线型函数描述稀薄气体的展宽, 结合逐线积分法+视在光线法计算得到高真空羽流的辐射特性。研究结果表明: 高真空羽流的轮廓特性及扩散分布是由喷管出口的点源强度所决定的, 点源强度越强, 羽流扩散的越厉害, 同时轴线上无量纲的密度、温度越高; 喷管出口温度相同时, 高真空羽流辐射强度随点源增加而增强;出口速度相同时, 羽流辐射强度随点源增加而减小;在点源强度相同时, 羽流辐射强度与推力正相关。
高真空羽流 解析解 点源强度 流动特性 红外辐射 vacuum plume analytical gaskinetic solutions exit speed ratio flow characteristics infrared radiation 红外与激光工程
2020, 49(1): 0104003
1 河南工业大学 信息科学与工程学院, 河南 郑州 450001
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
3 北京环境特性研究所 光学辐射重点实验室, 北京 100854
4 中国洛阳电子装备试验中心 光电对抗测试评估技术重点实验室, 河南 洛阳471003
采用Mie散射方法计算了小尺度范围内, 0.65 μm波长大气气溶胶粒子光学特性与折射率、粒子尺度参数的关系, 并分析了折射率虚部对气溶胶粒子散射相函数的影响。结果表明: 在小尺度范围内, 气溶胶粒子散射特性受折射率、尺度参数影响较大, 折射率实部和尺度参数对消光效率因子等非散射角散射参量的影响存在一定程度的对称性。同时还发现, 在特殊散射角位置, 无论对于单粒子还是对于多分散粒子群系统, 气溶胶粒子(群)的散射相函数与折射率虚部基本无关, 不同折射率虚部的散射相函数在前向散射方向存在交点, 交点位置随粒子尺度参数的变化基本为高斯分布。随着粒子尺度参数的增大, 交点位置向前向小角方向移动, 并逐步趋于离散。这一结论对了解大气气溶胶粒子的散射效应具有一定的参考意义。
气溶胶 复折射率 尺度参数 散射 相函数 aerosol complex refractive index size parameter scattering phase function 红外与激光工程
2017, 46(12): 1211001
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院 科学岛分院, 安徽 合肥 230026
3 北京环境特性研究所 光学辐射重点实验室, 北京 100854
对临近空间目标的空基/星载红外探测中的目标背景临边对比度问题进行物理建模, 详细阐述对比度的定义和模型中的高层大气辐射问题.利用适于模拟高层大气辐射的非局域热平衡模式, 结合探测器噪声假定, 计算理想黑体目标的临边对比度并分析高层大气辐射特性对对比度的影响.模拟结果表明, 在评估目标探测可行性时必须考虑探测器噪声的影响;在高层大气临边路径下水汽波段比大气窗区的可探测性更好, 而目标本征辐射与大气临边吸收和背景辐射间的关系导致了对比度复杂的变化特征.
大气光学 红外辐射 非局域热平衡 临近空间 临边对比度 atmospheric optics infrared radiation non-local thermodynamics equilibrium near-space limb contrast
1 目标与环境光学特征国防科技重点实验室,北京,100854
2 浙江大学CAD&CG国家重点实验室,浙江,杭州,310027
介绍了空间目标与深空环境红外特性物理建模的基本方法,建立了卫星和深空背景的红外辐射特性理论模型,在此基础上首次从物理现象的角度初步实现了空间目标及其深空环境的动态景象生成.研究结果对空间目标的探测具有一定的参考价值.
空间目标 深空背景 红外辐射 光学场景
1 目标与环境光学特征国防科技重点实验室,北京,100854
2 西安电子科技大学,理学院,陕西,西安,710071
首次研究了地面相控阵雷达天线工作温度变化规律,根据传热学理论,建立了地面相控阵雷达天线工作温度传输的静态理论模型,计算了四种不同环境条件下的某型号相控阵雷达天线,给出了相控阵雷达工作温度随热损耗、风速的变化关系.
相控阵雷达 天线 工作温度 热平衡方程 Phased array radar Antenna Working temperature Heat balance equation
