一维平板内介质和表面的辐射特性参数同时反演方法

考虑了实际物体表面BRDF的影响,利用方向半球反射率、方向半球透射率、法向反射率和法向透射率等光谱数据,同时反演了一维平板内介质和表面的辐射特性参数。将该方法用于吸收散射、强散射和强吸收三种介质的辐射特性参数反演,反演结果与给定初值较吻合。     

各向异性介质辐射特性参数联合反演

本文基于BP神经网络方法结合蒙特卡洛和BEER定律辐射传输模拟方法建立了联合反演各向异性散射介质的辐射特性参数模型。首先采用半球透射率结合半球反射率反演模型反演了各向同性介质的吸收系数和散射系数,在此基础上增加准直透射率,建立了联合反演各向异性介质的吸收系数、散射系数和散射不对称因子三参数联合反演模型。反演结果表明该模型能准确反演出介质辐射特性参数,具有实用意义。此外,为了检验测量误差对模型的反演准确性的影响,分别在不同程度测量误差情况下进行反演,结果显示测量误差对散射不对称因子反演值影响较大。     

基于光角度散射法的弥散介质多种辐射参数联合反演研究

本文基于光角度散射法,对弥散介质多种辐射特性参数进行了联合反演。此外,本文还提出了一种基于敏感度分析和主成分分析的测量角度优化筛选方案,用以寻找反演精准度较高的测量角度。研究表明:采用角度散射法对弥散介质多种辐射特性测量参数进行联合反演时,对于前向散射占优或者后向散射占优弥散介质,优化测量角度范围分别推荐为(0°,40°]和[140°,180°);与随机测量角度相比,优化筛选的测量角度能确保反演结果精度,且在5%的随机测量误差下,仍能获得合理的反演结果。     

泡沫镍孔隙尺度光谱辐射特性的实验与数值研究

实验测量了不同厚度的泡沫镍在0.4~2.2μm波长的法向-半球反射率/透射率,采用蒙特卡罗法对泡沫镍的计算机断层扫描结构进行孔隙尺度辐射传输建模,对比研究了泡沫镍辐射特性随入射光谱和样品厚度的变化,计算得到了泡沫镍辐射特性的孔隙尺度分布特征。结果表明:所建立的泡沫镍孔隙尺度辐射传输模型在计算其光谱辐射特性方面具有正确性。波长增长,吸收率逐渐降低,反射率逐渐升高;样品厚度增加,吸收率逐渐升高并趋于稳定,透射率逐渐降低至0。孔隙尺度辐射特性分布强烈依赖于局部纹理结构,波长1.5μm时,泡沫孔隙中的平均吸收率是肋筋上的1.5倍,而肋筋上的平均反射率则达到孔隙中平均反射率的3.7倍。     

吸收散射性三维矩形介质内辐射源项的反问题

提出了一种由边界出射辐射强度反演吸收散射性三维矩形介质内辐射源项分布的方法。该方法是在辐射传递方程离散坐标近似的基础上,用求目标函数极小值的共轭梯度法进行反演计算。通过对介质辐射特性、光学厚度等参数对反演精度影响的分析,结果表明,即使存在测量误差,本文所提出的方法可较精确地反演辐射源项。     

基于积分球试验的粉体材料辐射特性分析研究

为了获取准确的粉体材料红外辐射特性参数,本文对Al_2O_3粉体材料的红外辐射特性进行了以下研究:对粉末样品进行积分球反射率和透射率的测量试验,利用三热流近似法求解辐射传输方程,结合粒子群算法反演粉末的散射系数和吸收系数。Al_2O_3粉体材料的辐射特性研究结果显示,在4~7μm波段散射系数和吸收系数均随波长和厚度的增加而减小,且粉末层厚度越小,粒子散射越强烈。该方法适用于获取常温下各种粉体材料的辐射特性参数,并分析粉体材料的辐射特性参数及其与厚度等因素的关系。     

实验和理论方法研究ZnO粒子系的光谱辐射特性

在太阳能热化学两步法制氢过程中,金属氧化物颗粒物性随着体积分数、光程厚度的改变,对反应腔内颗粒系发生化学反应过程中辐射能量传递起着重要作用。为了获得ZnO颗粒系的光谱辐射特性,首先,实验方面采用悬浮液法测试了ZnO金属氧化物颗粒在300~1200nm下的光谱透射率。其次,理论研究了体积平均粒径d_(43)=13.9μm、面积平均粒径d_(32)=7.71μm表示下的ZnO金属氧化物颗粒的辐射特性。结果可知:对于d_(32)=7.71μm,其衰减系数、吸收系数、散射系数值分别约为2cm~(-1)、0.8cm~(-1)、1.2cm~(-1);d_(43)=13.9μm其衰减系数、吸收系数、散射系数值分别约为1.1cm~(-1)、0.5cm~(-1)、0.6cm~(-1)。通过对散射相函数以及散射不对称因子分析可知,光在传播中以前向散射为主,这样使太阳光更可能穿入粒子系内部。进而通过Mie理论结合比尔定律计算出两种粒径下的光谱透射率,通过与实验进行对比可知面积平均粒径d_(32)表示的粒子系透射率与实验结果更接近。最后采用面积平均粒径d_(32)并使用蒙特卡洛法模拟出不同厚度以及不同体积分数下的半球透射率、半球吸收率以及半球反射率。     

蒙特卡罗方法对各向异性介质辐射特性的模拟

本文提出一种计算含微粒半透明介质辐射特性的蒙特卡罗方法，考虑了微粒群的独立多次散射，直接用米氏相函数考虑微粒的各向异性性质，计算了含微粒层的双向反射率与双向透射率。与实验数据和离散座标法的计算结果比较，吻合良好。     

基于POLDER数据反演陆地上空气溶胶光学特性

针对利用POLDER数据反演陆地上空气溶胶光学特性和地表反射率进行研究.POLDER探测器能够提供可见光到红外的地气系统反射太阳光的反射率和偏振反射率的多方向数据.发展了一种基于多角度的总反射率和偏振反射率联合反演气溶胶光学参数的算法,根据倍加累加法矢量辐射传输模式构建查找表,反演过程中还考虑了测量数据的云检测处理,气体吸收校正和平流层气溶胶校正,通过865 nm波段总反射率和偏振反射率的模拟计算值和实际测量值的对比实现局部区域的气溶胶光学特性参数和地表反射率分布图的同时反演.并用CNES提供的POLDER气溶胶产品对反演结果进行了验证,该方法能够得到气溶胶光学厚度、折射指数、粒子有效半径和地表反射率较合理的反演结果.     

利用辐射计测量半透薄膜的光学特性

随着光电技术的发展,各种光学半透明薄膜在实际中得到了广泛应用。光学薄膜的使用必须建立在光学特性(如透射率、反射率和吸收率)已知的基础之上。一般而言,对于半透薄膜透射率的测量比较简单,而对于反射率和吸收率的测量往往比较复杂。本文在总结前人研究薄膜光学特性测量经验的基础之上,通过分析光路在多层薄膜间的传递过程,设计了一种利用辐射计有效测量半透薄膜光学特性的方法,测量简便、快速,可直接得到测量波段内薄膜的半球光学特性参数。在待测薄膜光学特性比较极端(透射率、反射率和吸收率其中之一很大或者很小)时,该方法仍然能够进行测量,并且透射率和反射率测量可苇复性好,相对偏差一般不超过6%。     

基于微面斜率法的粗糙表面半透明介质层光谱散射特性分析

对具有一维高斯分布粗糙表面的半透明介质层光谱散射,基于微面斜率法建立了考虑遮蔽效应的粗糙表面光谱辐射传递概率模型,采用蒙特卡罗法模拟光谱辐射能束在粗糙表面、半透明介质层介质与镜反射基底之间的多次反射、折射和吸收等传递过程。通过数值模拟,分析了介质层表面粗糙度、光谱光学厚度、折射率和基底反射率对介质层双向反射分布函数(BRDF)的影响。结果表明,表面粗糙程度不同时,反射峰值随入射角度呈现不同的变化趋势;表面粗糙度增加或折射率增大都将导致漫反射份额增大;介质层光谱光学厚度和基底反射率主要影响BRDF的数值大小,而对BRDF的分布形态影响很小。     

余弦粗糙面辐射特性数值模拟研究

提出一种基于几何光学法的精确计算粗糙表面的辐射特性的研究方法，研究了半球漫入射一维余弦粗糙面情况下，离散网格数目和方向离散数目对计算精度的影响，分析了粗糙面的粗糙度和相对尺度，及一次、多次散射分别对出射方向辐射强度的影响，解释了不同粗糙面中的散射增强现象。     

二氧化硅气凝胶辐射特性反演方法研究

建立了基于光谱半球反射率和光谱半球透过率的二氧化硅气凝胶样品辐射特性参数的反演方法。采用离散坐标法、四通量法、二通量法计算了二氧化硅气凝胶样品内辐射传输问题,反演了样品的光谱辐射特性参数。结果表明,离散坐标法和四通量法反演结果几乎一致,二通量法反演结果小于离散坐标法和四通量法反演结果,而且误差较大,对于高孔隙率的二氧化硅气凝胶,界面反射对反演结果的影响很小,可以忽略。本文的研究工作对二氧化硅气凝胶辐射换热特性具有理论指导意义。     

海洋气溶胶多光谱偏振特性研究

为提高海洋气溶胶的反演精度,定量研究了气溶胶在可见近红外波段的多光谱偏振辐射特性。首先建立了合理的海洋气溶胶及海面模型,基于逐次散射法准确模拟了光在气溶胶中及大气—海洋交界面处的矢量辐射传输过程,接着从光谱角度定量分析了典型波段处的反射率和偏振反射率,在此基础上提出了海洋气溶胶偏振辐射的光谱分布模型,并用卫星数据对模型进行验证,最后研究了气溶胶光学厚度、观测角度、海水叶绿素a浓度和海面风速对气溶胶多光谱偏振辐射的影响。研究表明,在可见近红外波段不考虑大气吸收和耀斑效应时,气溶胶偏振辐射的光谱变化符合幂函数模型;在不同波段处,海洋气溶胶的偏振辐射受海水叶绿素a浓度和海面风速的影响不同;海洋气溶胶的多光谱偏振辐射信息有效体现了气溶胶的自身特性,且与反射率相比,偏振反射率随各因素的变化存在更明显的谱段差异性。因此,可以运用气溶胶的多光谱偏振信息反演海洋气溶胶参数,多光谱探测的加入对提高气溶胶反演精度具有重要意义。     

地表双向反射对天基矢量辐射探测的影响分析

矢量辐射传输方程定量描述了辐射在地表-大气耦合介质中的传输过程,是定量遥感的基础.在处理辐射和离散介质相互作用时,如何处理多次散射、辐射偏振效应和耦合地表模型是研究的重点,直接影响定量化遥感反演的精度.文中基于逐次散射近似法求解了矢量辐射传输方程,求解过程中耦合典型地表的非偏双向反射（BRDF）模型和偏振双面反射（BPDF）模型.采用相对误差因子定量分析了地表双向反射效应和大气偏振效应对天基矢量辐射的影响.为进一步研究地表-大气耦合介质系统的偏振特性及地表大气参数的定量遥感反演提供理论支持. 关键词： 矢量辐射传输方程 逐次散射近似 定量遥感 偏振遥感     

各向异性有耗介质板介电系数和电导率的反演

简述了各向异性介质FDTD方法，并用FDTD方法分析了三维各向异性有耗介质板的瞬态后向散射.根据各向异性介质板后向散射与入射电磁波极化方向有关的特点，利用其后向RCS的谐振特性和后向散射场的时域波形特点反演有耗介质板的横向介电系数和电导率.数值模拟结果表明本反演方法可行，且方便、快捷. 关键词： 各向异性板 FDTD方法 有耗介质 谐振 反演     

烟尘中电磁波传输特性的Monte Carlo模拟

根据等效颗粒模型和分形理论,运用Mie理论和离散偶极子近似方法分别计算了烟尘簇团粒子在波长为06328?μm的电磁波入射情况下的单次散射特性.根据辐射输运理论,利用Monte Carlo方法对电磁波在烟尘中的传输特性进行数值计算,给出烟尘中反射率和透射率随入射角和烟尘厚度变化的数值结果,并分析了入射角、烟尘粒子的密度和厚度对反射率和透射率的影响.这为研究电磁波在密集分布介质中的传输特性提供了一种方法. 关键词： 烟尘粒子 离散偶极子近似 传输特性 Monte Carlo模拟     

一维梯度折射率介质光学特性的反演

在单个方波脉冲入射情况下,利用共轭梯度法对一维梯度折射率介质的折射率、吸收系数以及散射系数进行了反演.正问题采用间断有限元法求解,反问题的解则在正问题的基础上通过共轭梯度法得到.研究结果表明,利用单个方波脉冲入射情况下的时域半球反射率以及时域半球透射率作为测试值能够有效地反演一维梯度折射率介质的光学特性及其分布情况.     

漫反射各向异性散射介质内的温度热流场

本文采用射线踪迹结合节点分析法和谱带模型,研究了漫反射不透明边界下吸收、发射、各向异性散射介质内的热辐射传递过程。考虑介质辐射能的入射和散射方向,导出漫反射、不透明边界、各向异性散射介质的辐射传递系数。在辐射平衡的情况下,考察了表面发射率和散射反照率对介质内辐射热流和温度场的影响。研究表明,介质不透明边界处存在温度跃迁现象,而且,内界面发射率越大,相应界面温度跃迁越小。     

吸收性介质内气泡的表观辐射特性研究

气泡的存在对介质的辐射传输特性具有重要影响。本文基于广义MIE理论计算了气泡在吸收性介质内的辐射特性。研究了介质的复折射率虚部对气泡表观辐射特性的影响以及0.2~200μm可见光及红外波长范围内介质水的吸收特性对气泡粒子系散射系数和吸收系数的影响。结果表明,随着粒子尺度参数的增大,介质吸收对气泡表观辐射特性的影响相应增大,忽略介质吸收将带来很大误差;当波长大于2μm时,介质水的吸收特性对气泡的散射特性影响不能忽略。