[發明專利]一種動目標的紅外輻射光譜特性仿真分析方法

有效

• 申請號: 201611268829.5
• 申請日: 2016-12-31
• 公開（公告）號: CN106772682B
• 公開（公告）日: 2017-10-31
• 發明（設計）人: 張天序;王鳳林;姚守悝;李歡;楊柳;周燦新
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01V13/00
• 分類號: G01V13/00;G01V8/10
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 李智

技術領域

本發明屬于紅外輻射測量領域，更具體地，涉及一種動目標的紅外輻射光譜特性仿真分析方法。

背景技術

光譜立方體又稱高光譜圖像數據，它是在獲得目標二維空間圖像信息的同時,還獲取目標的連續光譜信息。其獲取的數據形成一個三維數據集,可表達成數據立方體的形式f(x,y,λ)。通常圖像像素的橫坐標和縱坐標分別用x和y來表示，z軸以光譜的波長信息λ表示。對光譜圖像立方體作多維切面，可得到不同類型的光譜特征,如任意像元點處的光譜特征、任意空問剖面線上某一光譜區間的光譜變化、光譜維上任意波段的空間圖像等。

這使我們既可以在空間切面依據圖像特征對地物做圖像分析和鑒別,又可以在光譜維上根據光譜特征對地物做光譜特征分析，利用其紅外紅外特性進行目標的檢測識別與跟蹤，這對人類生活以及軍事方面具有十分重要的意義。但是在實際中由于設備限制、探測所處條件影響、光譜數據獲取成本大等原因使得人們往往難以獲得一些目標的真實輻射特性，這就迫切需要提出一種能夠獲得目標輻射光譜曲線及光譜立方體的簡單有效方法。

目前,國內外對目標的光譜特性分析也有一定的研究，但已有的研究大多是針對靜止的目標進行紅外圖像的仿真，且在分析時過于簡化目標模型，對目標不同部位的溫度分布簡單予以平均溫度處理。另外并未考慮目標在不同觀測立體角下所測得的光譜數據也不一樣這一影響因素，從而使得計算得到的像方的輻射數據并未較大程度上反映真實情況。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種動目標的紅外輻射光譜特性仿真分析方法，其目的在于提出了動目標不同部位在不同狀態、不同觀測立體角下表面溫度及輻射特性的計算方法；提出了當動目標分別成像為點目標及面目標時隨空間分布的光譜特性數據計算方法；由此解決現有技術只能針對靜止的目標進行紅外輻射光譜分析，且分析模型過于簡單的問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種動目標的紅外輻射光譜特性仿真分析方法，該方法包括以下步驟：

(1)建立動目標的三維幾何模型；

(2)對動目標的三維幾何模型建立動目標溫度分布模型；

(3)建立探測系統觀測目標在大氣層內的紅外輻射傳輸模型；

(4)利用已建的動目標溫度分布模型和紅外輻射傳輸模型構建目標像方輻射能量模型；

(5)仿真目標紅外探測成像，仿真過程中利用目標像方輻射能量模型計算得到目標像方的輻射亮度；

(6)依據仿真成像大小判定目標是點目標或面目標；

(7)根據目標像方的輻射亮度，按照點目標或面目標分別繪制相應的輻射光譜。

進一步地，所述步驟(4)目標像方輻射能量模型的構建過程為：

(41)根據物方溫度分布模型構建目標物方的輻射特性表達式L_b(T)：在波段λ₁～λ₂，動目標點的輻射亮度為：

其中，λ為波長，T為動目標點的溫度；

(42)在目標物方的輻射特性表達式的基礎上考慮大氣衰減構建在目標像方的輻射特性表達式L(T)：

L(T)＝ε·ρ·L_b(T)+L_r，

其中，ε為目標表面材料的紅外發射率，ρ為大氣透過率，L_r為大氣路徑程輻射。

進一步地，所述步驟(2)的具體實現過程為：

首先采集動目標不同區域的溫度數據，針對不同區域對其溫度數據進行插值擬合處理，得到各區域內隨空間位置變化的溫度分布函數，建立動目標溫度分布模型。

進一步地，所述步驟(3)中系統觀測動目標的紅外輻射傳輸模型具體分為兩類：測量系統位于大氣層內；測量系統位于大氣層外。

進一步地，所述步驟(3)分為以下子步驟：

(31)由探測系統觀測動目標的紅外輻射傳輸模型確定輻射傳輸路徑穿過大氣的路程長度；大氣層最高高度、地球半徑、紅外波段、目標高度；地球半徑為目標所處緯度處的半徑值；

(32)輸入以上參數到大氣傳輸軟件獲得大氣層內測量系統觀測大氣層內目標在相應觀測條件下的大氣透過率ρ和大氣路徑程輻射L_r。

總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術特征及有益效果：

(1)本技術方案解決了動目標不同部位在不同狀態、不同觀測立體角下表面溫度及輻射特性的計算問題；