[發明專利]一種獲取河流冰凌紅外波段散射特性的方法

有效

• 申請號: 201710445330.5
• 申請日: 2017-06-14
• 公開（公告）號: CN107247038B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 楊春平;周鑫;萬重濤;彭真明
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01N21/49
• 分類號: G01N21/49;G01N21/55
• 代理公司: 51230 成都弘毅天承知識產權代理有限公司
• 代理人: 徐金瓊;劉東

本發明公開了一種獲取河流冰凌紅外波段散射特性的方法，解決了現有技術中的散射模型在計算河流冰凌的散射輻射時，由于沒有考慮到河流冰凌具有強方向性散射和強散射輻射亮度的特性，造成散射模型計算準確度低、在工程中實用性差的問題，屬于目標與環境紅外輻射散射特性研究領域。本發明將河流冰凌表面的BRDF分為漫反射BRDF_diff和鏡面反射BRDF_spec兩部分，分別計算漫反射BRDF_diff和鏡面反射BRDF_spec得到河流冰凌表面的BRDF；根據河流冰凌表面的BRDF、入射太陽輻射的波長、入射方向及觀察方向，計算經河流冰凌散射后的輻射亮度；根據輻射亮度，計算河流冰凌的散射輻射亮度經過觀察方向大氣吸收后的散射輻射亮度。本發明用于計算對地觀測時河流冰凌在太陽輻射照射下的散射輻射亮度。

技術領域

一種獲取河流冰凌紅外波段散射特性的方法，用于計算對地觀測時河流冰凌在太陽輻射照射下的散射輻射亮度，屬于目標與環境紅外輻射散射特性研究領域。

背景技術

河流冰凌在太陽輻射照射下的紅外散射特性在遙感目標檢測及識別中具有十分重要的作用。

通過對FY-3A衛星實測的河流冰凌遙感數據研究分析后發現，河流冰凌對太陽輻射照射的散射輻射亮度很強，遠遠超過周圍的一些地物背景的散射輻射亮度，并且河流冰凌的散射輻射亮度帶有很強的方向性特征，其存在強烈地方向性散射。

河流冰凌是一種典型的非朗伯下墊面，同時也非傳統的光滑的冰面，是帶有一定粗糙度且表面有較大高低起伏的特殊隨機粗糙表面，既存在漫反射又存在鏡面反射。因此，其散射輻射亮度并不是在各個散射方向上均勻分布，而是在鏡向方向周圍的某個角度范圍內的散射輻射亮度要明顯大于其他散射方向上的散射輻射亮度。目前，由于下墊面散射問題的復雜性，在涉及下墊面對太陽輻射的散射問題時，常用的方法為將下墊面看作朗伯下墊面，認為下墊面的散射輻射亮度在各個散射方向上均勻分布，采用漫反射計算公式對下墊面的散射輻射亮度進行計算。這種方法的缺點很明顯：采用漫反射公式的計算結果在各個散射方向上的散射輻射亮度都相同，無法對河流冰凌這種有強烈方向性散射同時也存在漫反射的特殊非朗伯下墊面的散射特性進行計算。如果將河流冰凌看作朗伯下墊面，采用漫反射計算公式進行計算，則計算結果會有嚴重的誤差。

因此，河流冰凌的散射問題是一種非朗伯散射問題，在對河流冰凌的紅外散射特性進行計算時，并不能將其作為朗伯下墊面處理，而應該研究其非朗伯散射特性的問題。

目前常用方法:

非朗伯散射的現象不僅存在于下墊面的散射問題當中，一些材料表面也具有這種現象。

對于材料表面的非朗伯散射問題，常用的方法為BRDF理論模型。常見的BRDF模型有：五參數BRDF模型，六參數BRDF模型。五參數BRDF模型既考慮到了目標方向性散射的鏡面反射分量，也考慮到了漫反射分量，具有一定的意義，但不滿足互易性及能量守恒定律。六參數BRDF模型主要針對弱散射目標表面，只適用于特定的弱散射條件，適用性差。

上述BRDF模型問題在于目前都只適用于較光滑的材料樣片，河流冰凌表面的粗糙度要遠大于上述BRDF模型所研究對象的表面粗糙度，因此，上述BRDF模型無法用于河流冰凌下墊面。

目前，對于下墊面的非朗伯散射問題的研究方法為：

通過電磁散射理論建立下墊面散射經驗模型。通過將下墊面看作隨機粗糙面，利用隨機粗糙面的電磁散射理論進行散射計算。計算方法主要分為兩大類，一類為解析方法，一類為數值方法。解析方法包括微擾法、基爾霍夫方法、小斜率法等。數值方法包括矩量法、前后向迭代法、有限元方法和蒙特卡洛方法等。粗糙面理論能夠很好的計算一般粗糙表面的電磁散射，但是其理論復雜，計算量龐大，計算速度較慢，計算精度不高。而且，對于河流冰凌而言，其存在很強烈的方向性散射現象，很難采用一種電磁散射理論對其散射特性進行計算。

發明內容