火箭军工程大学兵器发射理论与技术国家重点实验室，陕西 西安 710025
针对金属多涂层目标在复杂环境下的红外偏振特性难题，提出了多涂层目标的表面辐射传输模型。根据红外辐射的特点，将探测器接收的红外辐射强度分为目标自发辐射强度和反射环境的红外辐射强度，其中自发辐射强度的求解根据能量守恒定律和菲涅耳反射定律，反射辐射强度根据能量守恒定律、菲涅耳反射定律和基于P-G模型的目标偏振双向反射率进行计算，并据此推导了目标表面的偏振双向反射方程，求解了多层涂层靶体的光学传输模型。依据热辐射环境下目标红外偏振特性模型，分别研究了涂层数量和环境热辐射强度比对多层涂层目标红外偏振特性的影响。仿真结果与实验结果接近，证明所提传输模型具有较好的拟合能力。
探测器 红外偏振成像 偏振特性 多层涂层 辐射传输 透射模型 光学学报
2023, 43(22): 2204001
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室,安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
大气下行辐射是地表辐射和能量平衡中的一个关键参数, 在反演地表温度和发射率、开展气候变化研究中起着关键作用。基于现有的大气下行辐射测量方法的分析比较, 开展了合肥大气下行长波辐射的研究。利用 MODTRAN 辐射传输模型模拟计算了合肥大气下行辐射通量, 并以该方法获取的大气下行辐射通量为基准, 对广泛应用的晴天经验模型进行性能评价, 验证了 Idso 模型和 ngstrm 模型对于合肥大气条件的适用性。进而利用 MODTRAN 辐射传输模型模拟数据对 Idso 模型中的参数进行修正, 提高了该模型的模拟精度。该研究为方便快捷准确地获取合肥大气下行辐射通量提供了可靠方法。
大气下行长波辐射 经验模型 参数修正 大气辐射传输模型 atmospheric downward longwave radiation empirical model parameter correction atmospheric radiation transmission model 大气与环境光学学报
2022, 17(4): 383
1 西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710021
3 西安理工大学自动化学院, 陕西 西安 710048
高空卷云主要由各种不同形状的冰晶粒子组成, 是地空链路上激光信号传输的重要影响因素。 依据高空卷云中冰晶粒子的分布特征和散射特性, 采用C版本的离散纵标法(CDISORT), 充分考虑地球球形曲率及云层冰晶粒子多次散射影响因素, 研究准球形边界云层的激光透过率和衰减特性, 并比较了太阳天顶角不同时平面平行模式和准球面模式下卷云大气激光透过率的差异, 数值计算了三种激光波长(0.65, 1.06和3.8 μm)在卷云中传输时的衰减和透过特性。 计算结果表明: 较小太阳天顶角(小于80°)入射时, 两种模式下卷云大气激光透过率相对误差很小, 其中0.65 μm激光波长入射时两种模式下的相对误差仅为1.72%, 较大太阳天顶角(大于80°)入射时, 两种模式下卷云大气激光透过率相对误差明显增大, 0.65 μm激光波长入射时两种模式下的相对误差最大达到69%; 卷云粒子单次散射时, 激光在云层的衰减与卷云粒子有效半径、 传输距离、 光学厚度及激光波长等因素有关, 随光学厚度的增加, 云层的激光透过率减少, 1.06 μm激光波长入射时透过率最大, 3.8 μm激光波长入射时透过率最小; 0.65和1.06 μm激光波长入射时, 随云层粒子有效半径的增加激光透过率逐渐增加, 而3.8 μm波长激光, 随云层粒子有效半径的增加激光透过率逐渐减少, 随相对方位角的增加, 云层的激光透过率减少, 且不同卷云传输模型对激光透过率也存在不同的影响。 该研究工作将为开展地空链路星载、 机载激光通信、 激光雷达探测等工程系统中的激光信号云层传输特性的应用提供理论支持, 同时也可进一步拓展为地空链路激光遥感、 制导和预警等应用提供预先理论研究基础。
激光辐射传输 卷云 透过率 多次散射 Laser radiation transmission Cirrus clouds Cloud transmittance Multiple scattering
1 中国地质大学（北京） 地球科学与资源学院，北京00083
2 中国气象局 国家卫星气象中心，北京100081
3 中国气象局 中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室，北京100081
为了定量评估像元下垫面反射率等要素对青藏高原卫星臭氧遥感数据精度的影响，设计了青藏高原卫星太阳紫外后向散射辐射的正演仿真计算。首先提取NOAA卫星SBUV/2青藏高原像元下垫面的观测数据，结合提取的臭氧垂直廓线数据，设计青藏高原正演仿真计算的输入参数，最后输入风云三号卫星紫外臭氧垂直探测仪正演仿真计算系统开展正演仿真计算，利用计算结果，考察卫星紫外臭氧垂直探测仪通道辐射观测值随下垫面特征参数的变化特征。结果表明：当太阳天顶角在30°~88°内变化时，仪器各个通道的辐亮度观测值都随太阳天顶角增大而减小，变率在-0.002%~-46.24%，变率随着波长的增大而增大，其中第12通道的最大达到-46.24%；当像元下垫面反射率在0~0.8内变化时，仪器通道辐亮度观测值的变化特征随波长不同而有显著差异，其中短波长的第1~6通道，对观测值的影响几乎可以忽略不计，而长波长的第7~12通道，观测值随着下垫面反射率的增大而增大，而且这种变率随着波长的增大而快速增加，第12通道的最大变率达到2 903.2%；像元下垫面有效气压的改变，对仪器通道辐亮度观测值的影响可以忽略不计。
卫星遥感 青藏高原 紫外臭氧垂直探测仪 正演计算 辐射传输 satellite remote sensing Tibetan plateau solar backscatter ultraviolet sounder forward calculation radiation transmission
1 长春理工大学电子信息工程学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学空地激光通信技术国防重点学科实验室，吉林 长春 130022
使用Stokes矢量表征光子的偏振状态，基于Mie散射理论计算出Muller矩阵，并将该矩阵用于体现海雾粒子的散射特性，利用蒙特卡罗方法求解海雾环境下的矢量辐射传输问题，从而模拟光子在海雾粒子中的散射情况。研究讨论了不同海雾粒子半径下，透射率和反射率随传输距离的变化情况，以及不同入射光偏振态及不同波长的入射光条件下，偏振度随海雾能见度的变化情况。该仿真实验结果为光在海雾粒子中偏振传输特性的研究提供了有益参考。
散射 偏振传输特性 矢量辐射传输 蒙特卡罗仿真 海雾环境 激光与光电子学进展
2021, 58(3): 0329001
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
2 南京理工大学先进固体激光工业和信息化部重点实验室, 江苏 南京 210094
了解激光焊接光致等离子体在多个波长下的光谱辐射场三维分布能够帮助研究人员获取等离子体的温度场分布、电子密度分布以及其他一些物理量的三维分布, 对于改进激光焊接工艺有着重要的意义。 了解等离子体光谱辐射能量传输到探测器靶面这一物理过程是重建激光焊接等离子体光谱辐射场的前提。 提出一种基于光学成像的等离子体光谱辐射能量传输模型: 基于辐射度量学, 研究等离子体光谱辐射发出到被探测器镜头接收这一过程, 推导等离子体中某一点被镜头接收到的光谱辐射通量占其向周围空间所发出总光谱辐射通量的比例系数ω1, 建立起光谱辐射传递模型; 基于光学成像原理, 研究光谱辐射由等离子体发出通过镜头到达探测器靶面这一成像过程, 推导等离子体中某一点被像素所接收到的光谱辐射通量占其被镜头所接收到的辐射通量的比例系数ω2, 建立起光学成像模型。 利用比例系数ω1和ω2得到等离子体中某一点被探测器某像素接收到的光谱辐射比例系数ω=ω1ω2, 从而建立起等离子体光谱辐射传输模型。 通过仿真实验, 考察利用所提模型对处在1 000～3 000 ℃之间呈对称温度分布与非对称温度分布的激光焊接等离子体的光谱辐射场重建效果。 结果表明, 对于温度呈对称分布的等离子体在400, 500, 600和700 nm四个波长下的光谱辐射场, 利用该模型进行反演的重建精度分别为5.39%, 6.5%, 7.25%和6.11%; 对于非对称温度分布等离子体的光谱辐射场, 进行反演的重建精度分别为9.34%, 10.07%, 10.68%和9.72%。 仿真实验结果表明, 利用该模型能够对激光焊接等离子体在400～700 nm之间各波长下的光谱辐射场进行较好的重建。 与其他模型对比, 该模型具有较好的重建精度, 能够满足工业应用领域的需求。
激光焊接技术 等离子体辐射场分布 光谱辐射传输模型 Laser welding technology Plasma radiation field distribution Spectral radiation transmission model 光谱学与光谱分析
2020, 40(5): 1362
合肥工业大学仪器科学与光电工程学院, 安徽 合肥 230009
基于6S大气辐射传输模型和中分辨率成像光谱仪(MODIS)上午星Terra的气溶胶光学厚度数据以及MODIS 双向反射分布函数(BRDF)模型参数产品(MCD43A1),对高分一号(GF-1)卫星宽视场相机(WFV)四个波段的大气层顶辐亮度图像进行大气校正,得到校正后的地表反射率图像。而后基于Brenner梯度算子和中频离散余弦变换两种方法统计校正前后图像的清晰度值,分析计算结果可得大气校正后图像清晰度值高于校正前图像的清晰度值,因此校正后图像的边缘纹理比校正前更清晰;基于阈值分割法原理进行信噪比评价,结果表明校正前后每一波段的信噪比随辐亮度呈递增关系,大气对短波波段的影响较大,而对长波波段的影响较小。
大气光学 大气辐射传输模型 大气校正 图像清晰度 信噪比 光学学报
2020, 40(20): 2001004
根据灯光干扰源作用微光成像系统的两种途径，建立了灯光干扰辐射传输模型; 分析了灯光干扰对微光成像系统响应特性的影响，建立了灯光干扰辐射能量与系统响应特性的量化关系模型; 以实测和理论计算数据为基础构建了仿真平台，实现了灯光干扰下微光成像的模拟仿真，并对仿真图像的灰度均值、均方误差和相关函数进行了计算，结果表明微光成像质量与灯光干扰源位置和亮度有直接关系，且灯光干扰源位置的不同会导致灰度相关函数变化趋势的差异; 进行了灯光干扰实验，实验结果和模拟结果的成像质量变化趋势基本一致，同时实验结果表明灯光干扰会导致目标与背景成像对比度增大，且随着干扰距离增大到一定距离后，逐渐减小至小于无干扰时。
微光成像系统 灯光干扰 辐射传输 响应特性 图像质量 low-light-level(LLL) imaging system light interference radiation transmission response characteristics image quality 红外与激光工程
2019, 48(10): 1014001
1 安徽师范大学地理与旅游学院, 安徽 芜湖 241003
2 资源环境与地理信息工程安徽省工程技术研究中心, 安徽 芜湖 241003
雾、霾粒子的组成成分不同,雾滴具有大粒子特性,霾的成分复杂,小粒子居多。偏振观测对小粒子具有很强的敏感性,基于该特性 利用矢量辐射传输模型(Vector linearized discrete ordinate radiative transfer, VLIDORT) 计算雾粒子和霾粒子的偏振辐射特性,模拟结果经公式计算可得到雾、霾粒子的偏振反射率。模拟结果表明: 在散射角125°～150°范围内,雾粒子和霾粒子的偏振反射率随散射角分布有明显不同的变化趋势。利用该偏振辐 射特性结合雾霾粒子的辐射特性,基于2008年3月11日的多角度偏振成像观测的卫星载荷 (Polarization and directionality of the earth’s reflectances, POLDER)数据对雾和霾进行区分。 将区分结果与中分辨率成像光谱仪(Moderate-resolution imaging spectroradiometer, MODIS)图像及地面站观测资料 进行对比,验证了算法的有效性。这对高分五号大气气溶胶多角度偏振探测仪(Directional polarimetric camera, DPC) 遥感数据的应用具有重要的参考价值和科学意义。
大气光学 雾霾粒子 矢量辐射传输 区分算法 atmospheric optics haze particles vector radiation transmission distinguishing algorithm 大气与环境光学学报
2019, 14(3): 221
