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當(dāng)前位置：首頁(yè) > 新聞信息- 典型天氣大氣輻射傳輸特性研究
- 錄入時(shí)間: 2012/8/24
- 大氣輻射傳輸特性是指電磁波在大氣中傳輸時(shí),大氣中的粒子對(duì)電磁波吸收和散射作用,作用效果包括兩方面：一方面,大氣對(duì)目標(biāo)自身輻射能量以及目標(biāo)對(duì)太陽(yáng)輻射的反射能量經(jīng)過(guò)大氣傳輸路徑到達(dá)成像系統(tǒng)鏡頭前的能量衰減；另一方面,大氣對(duì)太陽(yáng)輻射能量單次散射和多次散射、對(duì)目標(biāo)場(chǎng)景周圍環(huán)境熱輻射的多次散射、大氣中粒子的自身熱輻射等致使輻射傳輸?shù)匠上裣到y(tǒng)鏡頭前能量增強(qiáng)。輻射在大氣中的能量衰減通常用大氣透過(guò)率來(lái)表示,能量增強(qiáng)通常用大氣程輻射來(lái)表示。本文以實(shí)際工程應(yīng)用為背景,實(shí)時(shí)計(jì)算大氣的紅外傳輸衰減和路徑輻射,從而得到去除大氣干擾的、以及目標(biāo)真實(shí)的輻亮度,主要開(kāi)展了以下研究： 1)通過(guò)分析大氣參數(shù)、吸收截面、散射截面、輻射傳輸距離、頻率等計(jì)算因子和大氣分子消光光學(xué)厚度之間的關(guān)系,根據(jù)大氣中氣體的成分,研究了水汽和氮?dú)夥肿舆B續(xù)光譜吸收光學(xué)厚度,以及二氧化碳、甲烷、臭氧、一氧化碳和一氧化二氮等分子的帶光譜吸收光學(xué)厚度的計(jì)算方法。最后進(jìn)行了大氣分子散射光學(xué)厚度的計(jì)算。 2)建立典型天氣(霾、霧、沙塵以及雨等)條件下氣溶膠粒子復(fù)折射率數(shù)據(jù)庫(kù),依據(jù)氣溶膠粒子譜分布實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),完善了典型天氣氣溶膠粒子譜分布模型,結(jié)合氣溶膠粒子復(fù)折射率數(shù)據(jù)庫(kù)與大氣能見(jiàn)度等大氣參數(shù),利用米散射理論計(jì)算典型天氣條件下氣溶膠消光光學(xué)厚度,根據(jù)光學(xué)厚度和大氣透過(guò)率的關(guān)系,完善了在3～5μm波段,針對(duì)典型天氣,大氣傳輸路徑中大氣透過(guò)率的計(jì)算模型。通過(guò)對(duì)典型天氣大氣透過(guò)率仿真計(jì)算的結(jié)果表明,本文所建立的模型可以正確有效地進(jìn)行霾、霧、沙塵以及雨等典型天氣條件下大氣透過(guò)率的計(jì)算。 3)提出了基于高斯光束空間傳輸小光斑可調(diào)原理實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離大氣透過(guò)率和大氣程輻射組合驗(yàn)證的測(cè)量方法。通過(guò)分別測(cè)量激光器出口處的光斑和探測(cè)器接收光斑的能量分布,分析了二者光斑的能量差值,計(jì)算得到該波長(zhǎng)經(jīng)過(guò)傳輸距離的大氣透過(guò)率和大氣程輻射綜合影響的結(jié)果。從遠(yuǎn)距離測(cè)量大氣透過(guò)率和大氣程輻射組合驗(yàn)證的角度出發(fā),通過(guò)改變失調(diào)的卡塞格倫天線的主副鏡之間的位置,使傳輸光斑半徑在一定的傳輸距離、尺寸范圍內(nèi)可調(diào),并且從實(shí)驗(yàn)仿真上驗(yàn)證了其可行性。該系統(tǒng)可以解決遠(yuǎn)距離測(cè)量大氣透過(guò)率和大氣程輻射的組合驗(yàn)?zāi)?wèn)題。本文以He-Ne激光器為例,設(shè)計(jì)了卡塞格倫天線的主副鏡參數(shù),使光斑半徑大小在40～60mm、傳輸距離在10 km內(nèi)范圍可調(diào)。 4)提出了典型天氣大氣程輻射的計(jì)算模型。以大氣輻射傳輸理論為基礎(chǔ),針對(duì)光譜波長(zhǎng)3-5微米,綜合分析了光學(xué)厚度的計(jì)算方法以及傾斜路徑與太陽(yáng)參數(shù)對(duì)大氣程輻射模型的影響,對(duì)霾、霧、沙塵和雨天建立了大氣程輻射計(jì)算模型。大氣程輻射模型包括大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的單次和多次散射,大氣對(duì)地表熱輻射傳輸?shù)亩啻紊⑸湟约皞鬏斅窂降拇髿庾陨頍彷椛渌膫€(gè)子模型。仿真結(jié)果驗(yàn)證了大氣程輻射模型的正確性。 5)本文針對(duì)典型天氣對(duì)大氣輻射傳輸特性模型進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,將本文大氣輻射傳輸特性模型的參數(shù)輸入和PcModWin軟件參數(shù)輸入保持一致,將二者的輸出結(jié)果進(jìn)行比較,計(jì)算出不同天氣不同波數(shù)的大氣透過(guò)率和大氣程輻射的仿真誤差,得到典型天氣條件下的大氣透過(guò)率的最大相對(duì)誤差為3.846%,大氣程輻射的最大相對(duì)誤差為5.011%,能夠滿足一般紅外探測(cè)工程上對(duì)誤差的要求。