仪器分辨率对氧气A带被动测距的影响分析

透过率的计算是红外目标被动测距技术的核心,其精度直接影响到被测距离的精度,而仪器分辨率又直接影响到光谱信号的精度。为了研究光谱仪器分辨率对带平均透过率的影响,选用氧气A带为研究对象,采用基线拟合方式计算被测目标的带平均透过率,利用随机Malkmus模型计算被测目标距离,从而获得仪器分辨率对被动测距的影响。为此,搭建了被动测距实验系统,通过对卤素灯光源在不同距离的光谱测量,验证仪器分辨率对带平均模式被动测距的影响。首先,介绍氧气A带透过率的计算方法,计算理论值;以卤素灯为光源,利用光谱仪分别测量相同距离不同分辨率的光谱曲线,计算实测大气透过率,分析光谱分辨率对单谱线的影响;然后,在分析比较透过率模型和实测透过率谱线的基础上,对透过率计算模型进行拟合、校正,验证光谱分辨率对带模型的影响。对于单条谱线,仪器的不同分辨率可测得的谱线区别较大,而对带平均谱线,相同波数点的光谱信号取平均,获得平均效应,使得被测谱线几乎没有变化;分辨率的模型选择需根据不同的应用场合、不同的精度要求选择合适的分辨率。实验结果表明：分辨率对单谱线的透过率影响较大,随着分辨率的降低,被捕获的光谱信息点取值越少,被测目标距离相关系数越小;分辨率对带平均透过率的计算影响较小,不同分辨率下测得的目标距离,几乎重合;而仪器分辨率越高则测量时间越长,当使用带平均透过率计算被测目标距离,在精度要求范围内,可以适当降低仪器分辨率,从而极大地提高测量速度,并达到测量实时性,同时降低系统搭建的成本。该结论可为透过率测量的应用提供依据。     

背景辐射对被动测距精度影响分析及实验研究

为了分析背景辐射对基于氧气吸收被动测距精度的影响, 利用高光谱成像光谱仪作为测量设备, 卤钨灯作为目标, 进行了实验研究.首先, 介绍了基于氧气吸收被动测距技术的基本原理; 接着, 利用高光谱成像仪采集了夜间不同距离下的卤钨灯目标光谱分布, 根据氧气吸收被动测距原理, 计算了目标的氧气吸收率, 建立了氧气吸收率与路径关系的模型; 然后采集并计算了晴天2360 m处目标在不同时刻下的氧气吸收率分布, 根据所建模型, 利用白天测得的氧气吸收率数据解算距离并分析测距误差, 最终获得背景辐射对被动测距误差的影响.结果表明: 依据所建立的模型, 白天测距误差最大6.74%, 并且随着太阳高度角变小, 所处背景变暗, 误差逐渐变小, 到夜间时最小相对误差仅1.10%, 可达到较高测距精度.     

目标自辐射与干扰目标反射光谱的氧气吸收特性分析

为分析不同目标反射太阳光谱的特性,研究被动测距中抑制干扰目标的方法,利用高光谱成像光谱仪作为测量设备,200 W卤钨灯作为模拟探测目标,玻璃板、光滑铝板、塑料板作为干扰目标,对模拟目标发射光谱和干扰目标反射太阳光谱进行了实验采集与分析。实验采集了晴朗天气条件下干扰目标反射光谱及卤钨灯目标辐射光谱的信息,并对其氧气吸收率进行了计算,综合分析了镜面反射干扰目标、漫反射目标及背景反射光与卤钨灯发射光光谱的氧气吸收率差异,结果表明：在455 m处,镜面反射目标和漫反射目标反射光的氧气吸收率是卤钨灯的2~3倍。因此,在一定距离下可以利用氧气吸收率的差异设置阈值来对目标进行判别,提高探测概率。     

目标自辐射与干扰目标反射光谱的氧气吸收特性分析

为分析不同目标反射太阳光谱的特性,研究被动测距中抑制干扰目标的方法,利用高光谱成像光谱仪作为测量设备,200 W卤钨灯作为模拟探测目标,玻璃板、光滑铝板、塑料板作为干扰目标,对模拟目标发射光谱和干扰目标反射太阳光谱进行了实验采集与分析。实验采集了晴朗天气条件下干扰目标反射光谱及卤钨灯目标辐射光谱的信息,并对其氧气吸收率进行了计算,综合分析了镜面反射干扰目标、漫反射目标及背景反射光与卤钨灯发射光光谱的氧气吸收率差异,结果表明:在455m处,镜面反射目标和漫反射目标反射光的氧气吸收率是卤钨灯的2~3倍。因此,在一定距离下可以利用氧气吸收率的差异设置阈值来对目标进行判别,提高探测概率。     

基于氧气A吸收带的baseline拟合距离反演算法

目标红外被动测距的实现同气体及其波段的选取密切相关。氧气A吸收带具有独特的谱线结构,对于火箭羽流或者高温辐射体的距离探测,氧气A吸收带是最佳的距离反演通道。利用该特点,详细研究了逐线积分算法(LBLRTM),并设计了氧气A带吸收系数及标准光谱计算软件;利用A吸收带吸收光谱带外数据,采用多项式拟合方法,实现基线(baseline)拟合,进而得到带平均透过率;在不同的距离条件下,将两种带平均透过率进行对比,误差在1.9%左右,拟合精度较高,该方法为后续距离的精确反演提供了理论依据。     

氧气吸收被动测距技术中的折射吸收误差

大气层中气体浓度随海拔高度的指数衰减造成了大气折射率的不均匀分布。目标辐射在大气层中传播时,其辐射路径因折射作用变为曲线,而在求解目标距离时却是沿视在路径计算氧气吸收率,这使得氧气吸收被动测距中存在一个固有误差项,这里称之为折射吸收误差。为了分析折射吸收误差对氧气吸收被动测距的影响,分别计算目标辐射路径和视在路径的氧气浓度,并通过辐射路径和视在路径上吸收气体含量相等的方法,建立了不同视在天顶角的折射吸收误差和目标真实距离的关系。结果表明:相同天顶角下,折射吸收误差随路径长度增加而变大。天顶角小于90°时,折射吸收误差变化规律复杂,但能满足100km以内的高精度近程测距和150km以上的远程告警;天顶角大于90°时,折射吸收误差的变化规律简单且误差值很小,可实现全程高精度测距。因此该结论可为氧气吸收被动测距技术的误差修正提供一定的理论支持,同时也证明了该被动测距技术的适用性。     

光电被动测距技术

光电被动测距技术主要有基于图像处理的测距法、基于角度测量的测距法、基于目标物体辐射特性和大气光谱传输特性模型的测距法以及记时法等。综述了国内外光电被动测距技术的原理、特点及应用领域。结果表明,被动测距在工业和军事应用领域具有重要的现实意义,诸如在完成各种工业或军事任务时的机器人视觉系统,基于运动分析的空间卫星跟踪系统,导弹火控系统,自动飞行器着陆与精确导航系统,军事侦察的航空或卫星照片的自动分析系统,战场的侦察系统等领域均有广泛的应用。     

红外告警系统三站被动测距目标确认及精度分析

介绍了基于红外告警系统的被动测距原理,探讨了影响被动测距的误差来源,在此基础上给出了目标同一性的判定条件,结合作战使用分析了三站红外被动测距系统的目标测距精度。结果表明,2 km的站点布阵可以保证对22 km范围内的目标测距精度优于8%,对40 km范围内的目标测距精度优于15%,可实现对目标全方位、远距离、高精度被动测距。     

基于特征分析的自适应干扰抑制方法在水声目标被动测距中的应用

针对海洋环境中真实目标常常被强干扰掩盖而难以检测与定位的问题,本文提出了一种基于特征分析的自适应干扰抑制（EAAIS）方法,并将其应用于水声目标被动测距。EAAIS方法预先确定目标方向在一个可能的角度范围内,根据接收数据互谱密度矩阵（CSDM）单个特征向量的波束形成,构造合适的判决因子来自适应地估计并去除CSDM特征空间中的非目标信号子空间以抑制干扰和噪声。然后利用修正后的CSDM进一步获得更清晰的目标的声场干涉条纹,通过匹配声强的频谱结构进行水声目标被动测距。海试数据验证了EAAIS方法在强干扰环境下有效实现水声目标被动测距的能力。     

氧气A带吸收系数的温度依赖关系研究

氧气A带是理想的大气要素反演通道,吸收系数是重要的参数之一,它影响到反演结果的精度.结合HITRAN2012数据库和大气温度廓线图,分析氧气A带吸收系数的影响因素,推出各因素与温度的依赖关系,确定吸收系数随温度的变化.结果表明,氧气A带谱线半宽度受温度依赖系数影响较小,而受温度影响较大.线型因子随温度产生了两种变化,在谱线半宽度以外的谱线位置上,随温度的增大,函数值减小,而在中心频率到谱线半宽度的谱线位置上,随温度的升高而增大.谱线线强对温度具有强依赖关系.利用逐线积分算法计算氧气A带吸收系数,同时考虑了谱线半宽度的压力展宽效应和谱线线强及半宽度对温度的依赖关系,得出氧气A带吸收系数对温度的依赖关系主要来源于线强的温赖关系,尤其是中心频率处温度影响较大;而Lorentzian线型函数的温赖关系不明显.利用布鲁克光谱仪在1 cm-1下测量63 m处氧气A带的吸收光谱,与理论模型在同等条件下的透过率比较,误差小于0.83%,验证了温度校正模型的正确性.     

基于单目图像和方向的测距系统及性能分析

 针对非合作大目标的被动测距问题,介绍了一种基于单目图像序列和成像方向的测距系统,并进行了性能分析.这种测距系统的特点是无需初始距离导引,它对目标距离的估计借助于专门的定位方程,方程由目标特征线度、摄像机的空间坐标、目标在采样时刻对相机的方位角和俯仰角决定.其中,方位角和俯仰角通过光电经纬仪获得,摄像机的空间坐标通过GPS获得,目标特征线度通过相邻帧图像匹配得到.分析表明,该系统的性能主要取决于特征线度的准确度,其他测量误差如目标的方位角、俯仰角和摄像机的空间坐标对其影响较小.目标特征线度选取时,在相邻帧目标图像匹配点中,筛选出三个具有较大极限的尺度不变特征变换关键点,构造三角形及其外接圆,在外接圆上取经过三角形重心且平行或垂直于尺度不变特征变换主方向的弦线作为特征线度,这种特征线度对目标旋转不敏感.实验结果表明这种测距方法能够实现对非合作大目标的被动测距.     

基于红外鱼眼探测系统的运动目标模型

建立了适用于红外鱼眼系统的目标运动模型,在不影响精度的前提下减少计算量是达到实时稳定地跟踪红外目标的途径之一。分析了目标在该系统成像的运动特性,结合系统帧频采样率较高的特点,提出了一种改进的匀速运动模型,并从理论上与"当前"统计模型的跟踪精度进行了对比分析。结果表明,在红外鱼眼系统采样率较高的情况下,匀速运动模型可以达到与"当前"统计模型相当的跟踪精度;利用卡尔曼滤波对模拟轨迹进行跟踪实验,验证了上述分析结果的正确性。该模型结构简单、运算量少,对于红外鱼眼系统下目标实时跟踪具有重要的意义。     

用光谱方法检测肌氧饱和度实现不同人群运动功能的评估

基于组织光学原理研发了组织氧饱和度无损检测仪。利用该仪器检测了101名受试者(其中健康锻炼者42人,健康不锻炼者34人,脾虚证患者25人)在进行递增负荷功率自行车运动实验时,股四头肌外侧头的肌氧变化过程。测得的血红蛋白浓度(c_tHb)受脂肪等外层组织影响较大,而肌氧饱和度(rSO₂)受影响较小。实验结果显示, 在运动过程中,随着运动负荷的逐渐增加,骨骼肌中的总血红蛋白浓度逐渐上升,肌氧饱和度逐渐降低;当运动停止后,总血红蛋白浓度和肌氧饱和度都出现快速上升。运动中肌氧饱和度的变化幅度与受试者运动能力有密切关系。利用局部组织氧饱和度这一指标来评价肌肉组织中氧的输送与消耗的平衡点,进而实现了对肌肉组织有氧代谢能力的定量评估。     

卫星激光测距望远镜系统指向误差分析及修正方法研究

望远镜指向精度是卫星激光测距系统的一项重要指标。分析了望远镜指向偏差产生的各种因素,提出了一种通过建立望远镜指向误差模型来修正望远镜指向误差的方法,建立了转台模型修正误差,并用实际观测值进行了验证。     

Electronic band structure calculation of GaNAsBi alloys and effective mass study

Electronic band structures of GaN_xAs_1−x−yBi_y dilute nitrides–bismides have been determined theoretically within the framework of the band anticrossing (BAC) model and k ⋅ p method. We have developed computer codes based on our extended BAC model, denoted (16 × 16), in which the dimension of the used states basis was equal to 16. We have investigated the band gap and the spin orbit splitting as a function of Bi composition for alloys lattice matched to GaAs. We have found that the substitution of As element by N and Bi impurities leads to a significant reduction of band gap energy by roughly 198 meV/%Bi. Meanwhile, spin orbit splitting increases by 56 meV/%Bi regardless N content. There is an excellent agreement between the model predictions and experiment reported in the literature. In addition, alloys compositions and oscillator strengths of transition energies have been calculated for GaNAsBi alloys which represent active zone of temperature insensitive (1.55 μm and 1.3 μm) wavelength laser diodes intended for optical fiber communications. A crossover at about 0.6 eV has occurred between E_g and Δ_so of GaN_.039As_.893Bi_.068. When the quaternary is lattice mismatched to GaAs, resonance energy increases with Bi content if N content decreases. On the other hand, effective mass behavior of carriers at Γ point has been discussed with respect to alloy composition, k-directions and lattice mismatch.     

Ground-State Bands of Fm and No Isotopes in Cluster Model

We investigate the ground-state rotational bands of nuclei with Z ≥ 100 using cluster model proposed by Buck et al. [Phys. Rev. Lett. 94 (2005) 202501]. The core-cluster decomposition of each nucleus is determined by the corresponding electric quadrupole transition strength B(E2 : 2 → 0 ). The theoretical spectra of fermium and nobelium isotopes are compared with available experimental data. Good agreement between model and data is obtained.     

Ground-State Bands of Fm and No Isotopes in Cluster Model

We investigate the ground-state rotational bands of nuclei with Z 〉 100 using cluster model proposed by Buck et al. [Phys. Rev. Left. 94 （2005） 202501]. The core-duster decomposition of each nucleus is determined by the corresponding electric quadrupole transition strength B（E2 ： 2^＋ → 0^＋）. The theoretical spectra of fermium and nobelium isotopes are compared with available experimental data. Good agreement between model and data is obtained.     

远红外Ge-Te-I高卤硫系玻璃的制备及其光学性能的研究

为获得高质量的远红外硫系玻璃,采用传统的真空熔融淬冷法配合真空低温固化技术制备了高卤素含量的Te硫系玻璃(卤素Imax =40 at.％),并分析了该系列Ge20Te80-xIx(x-10、15、20、25、30、35、40)硫卤玻璃样品.采用分光光度计和傅里叶红外光谱仪等光学仪器分析该玻璃的可见/近红外吸收光谱和红外透射光谱等频谱性质,利用Raman光谱仪和X射线衍射仪分析了玻璃的内部微观结构.研究表明,随着卤素Ⅰ元素的增加,可见/近红外吸收光谱的短波截止边持续发生蓝移,光学带隙持续增大,从近红外的1 μm一直到远红外波长25μm都保持透光性;Ge20Te65I15玻璃的转变温度最大,在138℃附近,其红外透过率最高,达到50％.