西安理工大学机械与精密仪器工程学院激光雷达大气遥感研究中心，陕西 西安 710048
以斜程能见度精确探测为目标，综述了激光遥感在斜程能见度测量中的主要技术及其研究进展，分析了现有探测技术在斜程能见度测量中的不足与局限性，重点介绍了一种新型的激光雷达结合辐射传输模式的斜程能见度测量方法，剖析了基于拉曼-米散射激光雷达的气溶胶精细探测技术、基于辐射传输模式的大气散射辐射亮度解析方法以及大气散射辐射亮度校正的斜程能见度测量技术与应用案例，突破了当前白天斜程能见度测不准的技术瓶颈。最后，展望了激光遥感技术在全球斜程能见度测量中的应用潜力。
大气光学 激光遥感 斜程能见度 辐射传输模式 散射辐射亮度
光电对抗测试评估技术重点实验室，河南洛阳 471003
为准确得到某型无人机红外辐射特性，用 3.7～4.8 .m中波、7.7～10.3 .m长波红外热像仪对某型无人机地面滑跑状态的红外辐射亮度进行了测量，用 MODTRAN大气辐射传输软件对测量过程的大气透过率、大气程辐射进行了计算。测量结果表明，该状态下无人机机身蒙皮辐射较弱，辐射亮度与地面及背景辐射亮度接近，且各个方向辐射亮度基本一致，长波波段机身蒙皮辐射亮度为相应部位中波波段辐射亮度的 280倍左右；发动机辐射亮度远高于机身蒙皮辐射亮度，受机身遮挡、机体结构等原因影响，发动机辐射亮度具有方向性，后向辐射最强。
红外辐射 辐射亮度 无人机 大气透过率 大气程辐射 IR radiation, radiant intensity, unmanned aerial v
中国人民解放军63891部队, 河南 洛阳 471003
为分析研究运输类飞机的红外辐射特性及辐射亮度分布, 用3.7~4.8 μm中波、7.7~10.3 μm长波红外热像仪对空客A320飞机迎头飞行状态的红外辐射亮度进行了测量, 并用相对对比度对红外辐射进行描述。结果表明, 该状态下飞机红外辐射主要来源为气动加热造成的蒙皮辐射。涡轮风扇高速旋转状态下的中波、长波辐射亮度对比度分别达到了0.61、0.37, 高于机身其他部位的蒙皮辐射亮度; 机翼和尾翼中波、长波辐射亮度对比度分别在0.04~0.05、0.02~0.10, 为该飞机蒙皮辐射亮度最低的部位; 机腹、机头部位中波辐射亮度对比度高于长波辐射亮度对比度, 对比度分别在0.30~0.33、0.16~0.18。研究结果对目标特性研究、红外侦察探测、红外侦察设备研制及检测等工作具有一定的参考价值。
运输机 红外辐射 辐射亮度 大气透过率 大气程辐射 transport aircraft IR radiation radiant intensity atmospheric transmittance air path radiation
中国计量科学研究院 光学与激光计量科学研究所，北京 100013
为了减小不同光谱辐射计间瞄准区域差异带来的光谱辐射亮度不一致性，讨论了视场角及定位对于测量准确性的影响。通过建立太阳光白板和卤钨灯白板系统光路下的光谱辐射亮度测量模型，分析了不同几何光路视场区域平均辐射亮度与中心辐射亮度的差异。数值模拟表明，太阳光白板光路修正因子仅与视场角大小有关；卤钨灯白板光路修正因子随测量距离增大而减小，距离600 mm时8°和14°视场角的修正因子分别变为0.993 5和0.980 2。最后，实验验证了卤钨灯白板系统下角度误差和位移误差对光谱辐射亮度的影响。结果表明，修正因子对水平方向的角度误差和位移误差呈现非对称性，两侧差异高达2%。因此，依据视场角和几何定位可以对测量结果进行数据修正，有助于提升光谱辐射亮度测量不确定度水平。
光谱辐射计 光谱辐射亮度 视场角 修正因子 spectroradiometer spectral radiance field of view angle correction factor
1 沈阳航空航天大学 自动化学院，辽宁 沈阳 110136
2 沈阳飞机设计研究所，辽宁 沈阳 110136
壁面光谱发射率求解是飞行器红外隐身的关键技术之一。首先设计了壁面反射光路和光源，通过光谱辐射计获取壁面反射的辐射亮度序列，为尽可能地消除外界干扰对于光谱发射率求解精度的影响，基于双向长短期记忆网络，设计了Bi-LSTM亮度回归网络模型，并对测试样本进行训练学习。基于BRDF的壁面发射率求解模型及基于Bi-LSTM网络的亮度回归模型求解壁面的发射率。计算结果显示，提出的基于双向反射分布函数的壁面发射率求解方法的相对误差为12.21%，满足工程测试需求。
光谱发射率 辐射亮度 LSTM网络 BRDF spectral emissivity radiance LSTM network BRDF 红外与激光工程
2023, 52(2): 20220355
中国计量大学 光学与电子科技学院，浙江 杭州 310018
真空紫外目标的光谱辐射亮度对于深空空间探测、航天器损伤测试等空间科学研究具有重要意义。研究了2种用于针对真空紫外光源的测试系统及其方法，通过对真空紫外光谱辐射亮度测试方法开展研究，研制了真空紫外光谱辐射亮度测试系统，测试系统包括真空紫外标准光源、光学成像系统、分光模块、真空紫外探测器模块、真空舱以及数据处理系统等。利用测试系统根据直接测量法和比较法对氘灯的光谱辐射亮度进行了测试分析，并讨论了真空紫外光谱辐射亮度影响因素及相对示值误差，实现了真空紫外光谱辐射亮度在121.2 nm、135.6 nm、160 nm、180 nm、200 nm五个波长范围 0.01 μW/cm2·nm·sr~1 μW/ cm2·nm·sr的精确测量。测量的重复性为0.001 34。这表明测试系统可以实现真空紫外波段信号的测试。
真空紫外 光谱辐射亮度 真空度 光电倍增管 vacuum ultraviolet spectral radiance vacuum degree photomultiplier tube
西安理工大学激光雷达大气遥感研究中心, 陕西 西安 710048
为给辐射传输方程求解提供足够的气溶胶状态信息,提出了一种双波长拉曼-米激光雷达探测技术和系统。首先,设计了高性能4通道分光系统,用于提取中心波长分别为354.7 nm和1064.2 nm以及386.7 nm和852.7 nm的米-瑞利散射回波信号和氮气拉曼散射回波信号,实现对大气气溶胶的精细探测和反演。然后,在不同天气条件下利用该系统开展了探测实验,通过反演的气溶胶多参量廓线构建了由33层光学厚度、单次散射反照率、散射相函数组成的实际大气气溶胶状态参数列表,并将其作为平面平行辐射传输(SBDART)模式的实际大气自定义气溶胶输入文件。最后,求解辐射传输方程,得到33层实际大气散射辐射亮度分布以及太阳直接和散射辐射亮度的计算结果。通过分析不同天气条件下的实际大气散射辐射亮度,验证了大气气溶胶状态对大气散射辐射亮度的决定性影响。实验结果表明,该系统与地面气象站测量的总辐射亮度平均相对误差为8.2%,相关性系数达到0.98。
大气光学 激光雷达 气溶胶 散射辐射亮度 平面平行辐射传输 光学学报
2022, 42(12): 1201005
吉林大学地球探测科学与技术学院, 吉林 长春 130026
为探究高温目标短波红外波段(1300~2500 nm)光谱辐射亮度是否具有方向效应,及光谱辐射亮度与辐射天顶角的关系,以500 ℃石墨与金属板(304不锈钢)为高温目标,设计了暗室条件下高温目标0°~70°辐射天顶角光谱辐射亮度测量实验。利用方差分析研究短波红外波段辐射亮度是否具有方向效应,采用最小二乘法,对高温目标的方向光谱辐射亮度进行拟合,进而探究其变化规律。实验结果显示:在显著性水平α=0.01的条件下,石墨板与金属板在不同辐射天顶角的光谱辐射亮度均存在显著差异;采用最小二乘法,使用指数函数对高温目标的方向光谱辐射亮度进行拟合,拟合精度均大于0.95。研究表明:金属板较石墨板具有更显著的方向效应;石墨光谱辐射亮度方向效应不随波长的变化而变化,金属板光谱辐射亮度方向效应受波长的影响;两种材质的方向光谱辐射亮度与辐射天顶角(0°~70°)均呈指数关系。
光谱学 短波红外 光谱辐射亮度 高温目标 方向效应 方差分析
哈尔滨工业大学仪器科学与工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
以红外测温技术为背景, 着重研究了ｆ(Ｔ)＝∫λ２λ１ＲλＬｂλ(Ｔ)ｄλ≈ＣＴｎ模型, 即某段波长范围内, 黑体辐射在探测器上引起的响应, 称其为黑体波段辐射亮度响应。 对于不同的探测器, 不同的波长区间, 不同的温度范围, 有不同的C及n。 n值难以准确获取, 多数研究者试验时使用Inagaki及Okamoto在1996年提出的三个固定波段模型, 不能很好的扩展到任意波段的探测器。 通过使用“维恩近似公式”代替普朗克公式, 从理论上推导出ｆ(Ｔ)的解析式, 得到了黑体波段辐射亮度响应的通用公式, 从而能够通过理论计算的方式, 求取任意波段内黑体波段辐射亮度响应ｆ(Ｔ)。 使用黑体波段辐射亮度响应的通用公式进行了两项仿真工作。 一是将通用公式在全波段内进行积分, 得到解析式Ｍｂｂ＝5.238 5×10-8T4, 并与斯蒂芬玻尔兹曼定律对比。 通用公式求得的系数σ′＝5.238 5×10-8与斯蒂芬玻尔兹曼常数σ＝5.667 9×10-8差值为0.429 4×10-8。 二是使用通用公式计算出8~13 μm波段内黑体波段辐射亮度响应ｆ(Ｔ), 并绘图与Inagaki及Okamoto文章中的拟合结果ｆ(Ｔ)≈0.136σＴ4.09进行对比, 结果曲线基本一致。 两项仿真说明了通用公式的正确性, 在此基础上, 进一步进行实验验证。 以实验室内面源辐射体为目标, 根据所提出的通用公式, 计算被测目标的发射率ε, 并将之与目标发射率参考值ε0对比。 面源辐射体实验结果: ０＝0.92为参考值, ＝0.93为测量值, 发射率误差为0.01。 实验误差较小, 说明所提出的通用公式可用于红外测温的工程实践中。 通用公式与原模型ｆ(Ｔ)≈ＣＴｎ相比, 最大的优势在于可以在任意波段内, 不需考虑温度分区, 通过理论计算的方式, 求取黑体波段辐射亮度响应ｆ(Ｔ), 具有通用性。 黑体波段辐射亮度响应的通用公式进一步完善了红外测温技术的基础理论。
红外测温 黑体波段辐射亮度响应 n值 Infrared temperature measurement Blackbody waveband radiation brightness response f(T)≈CTn f(T)≈CTn Value of n 光谱学与光谱分析
2020, 40(5): 1329
