扩展目标光学特性的理论分析与研究

利用双向反射分布函数经验公式推导出激光主动照明条件下的目标反射截面表达式,给出了目标反射截面的一种近似计算方法,基于该方法计算了圆锥体目标反射截面。利用固体激光器和CMOS相机搭建实验系统,实际测量了目标反射截面随入射角度和不同目标体等参数变化时的变化情况,实验系统及数据同提出的方法计算得到的结果基本一致。结果表明,目标形状相同,入射角小于45时,目标反射截面随着无涂层、白色油漆、灰色油漆逐渐变小,大于45时白色油漆涂层目标反射截面最大;在目标表面特性相同的时候,目标反射截面随圆板、圆柱、圆锥渐次减小。     

基于双向反射分布函数实验测量的目标散射特性的分析

介绍了一种用双向反射分布函数(BRDF)测定仪进行目标双向反射分布函数测量的方法。以聚四氟乙烯(F4)粉压制板作为反射标准板,给出了F4标准板及所测样品在双向反射分布函数测定仪上的测量数据。被测样片的反射光强度经标定过的漫反射标准板传递,最终在较高分辨率的半球空间内分析计算出了样品在红外(1.06μm和0.86μm)波段的双向反射分布函数。实验结果表明,该方法是一种分析目标散射特性的可行性方法。     

在轨空间目标光学特性宏观表征模型的反演重构

为了在天基远距离条件下反演三轴稳定空间目标表面的光学特性参数,提出了基于可见光时序光度信号分析的光学特性宏观表征模型的反演重构方法.首先,综合考虑空间目标的结构特性、表面材料特性、帆板的对日指向运动特性、光照观测几何以及光学系统特性,完善了面向在轨观测的空间目标可见光时序光度建模方法;其次,将光度模型等效为双面模型,并利用双向反射分布函数(BRDF)的多级融合模型表征复杂材料表面的光学反射特性,将BRDF对应的面积反射率乘积作为待反演参数;最后,以时序光度信号的测量值与模型值之间的差异最小为优化目标,建立线性优化方法,实现模型参数的反演.仿真实验表明,提出的模型在轨重构方法对于近轨观测条件下的本体、帆板信号的重构精度达到97%以上,验证了方法的正确性.     

深空背景下空间目标紫外特性建模方法研究

紫外探测具有灵敏度高、虚警率低等特点,空间目标紫外特性分析对空间目标探测具有重要意义.针对空间目标紫外特性提出了一种精确建模方法.根据空间目标的背景辐射环境及表面材料属性,引入区域分解与网格划分的思想,利用双向反射分布函数建立了空间目标紫外特性的数学模型.通过矢量坐标变换,确定了背景辐射源、探测器与目标的相对位置关系.以资源一号卫星和风云三号卫星为例,进行了目标紫外特性的仿真分析,计算获得了目标在探测器入瞳处的紫外辐照度随时间的变化关系.仿真结果验证了建模方法的正确性. 关键词： 空间目标 紫外特性 双向反射分布函数 建模与仿真     

空间目标可见光散射特性建模方法研究

针对空间目标的可见光散射特性提出一种建模方法.在分析空间目标所处的背景辐射环境基础上建立了空间目标背景辐射物理模型.对目标表面进行面元划分后,基于辐射理论引入双向反射分布函数模型来描述目标表面面元的光散射特性,将目标各个表面所有面元散射分量叠加建立了目标可见光散射特性的数学模型.建立目标本体坐标系,通过坐标变换确定目标、背景辐射源与探测器的相对位置关系,利用矢量坐标法确定目标对观测系统的“可视表面”.根据给定的目标几何结构尺寸和物性参量仿真获得了目标在轨光学特性.计算结果验证了建模的有效性.     

空间目标可见光散射特性与可视条件研究

采用椭偏法和总体积分散射法分别测量和计算了空间目标包层材料和太阳能板的材料参数,以及相应的双向反射分布函数。并根据此参数对空间简单体目标可见光谱散射特性进行了理论计算和实验校模。结合目标的几何建模和轨道理论,利用Modtran大气传输模型计算了不同时刻的背景辐射,以及在不同地面观测站观测时空间目标的亮度变化以及背景辐射的影响,并分析了目标的可视条件。计算表明,清晨或傍晚,背景辐射小于空间目标的散射,是观测的最佳时段。     

双向反射分布函数在空间目标可见光反射特性建模中的应用

针对空间目标可见光反射特性提出了一种建模方法.双向反射分布函数(BRDF)可以有效地 描述目标表面材料的空间反射特性和光谱特性.根据目标表面状况及背景辐射环境,选取合 适的双向反射分布函数模型,利用辐射理论在可见光波段建立了空间目标反射特性的数学模 型.基于轨道参数进行了仿真计算.计算结果表明太阳帆板与卫星主体相比,其在探测器入 瞳处的辐照度只小一个数量级,在目标光学特性分析时不可忽略.而且,空间目标反射特性 不仅与太阳、地球和目标三者之间的实时位置有关,还与其几何形状、表面材料等有关.仿真分析结果验证了建模的正确性.     

热辐射环境下目标红外偏振特性分析

红外偏振成像技术具有提升目标识别率、辨别伪装目标等多重优势,但在复杂环境下目标的红外偏振特性容易受到干扰,从而出现错判和漏判的情况。为研究环境热辐射对目标红外偏振特性的影响,基于偏振双向反射分布函数推导了热源照射下目标表面红外线偏振度的解析模型。经过理论仿真及实验验证得出,环境热辐射会影响目标的红外偏振特性。当环境热辐射强度小于目标自发热辐射强度时,红外线偏振度与环境热辐射强度呈负相关,即环境热辐射强度越大,红外线偏振度越小。当环境热辐射强度大于目标自发热辐射强度时,红外线偏振度与环境热辐射强度呈正相关,即环境热辐射强度越大,红外线偏振度越大。上述结果表明,当目标受到外部热辐射影响时,红外线偏振度会发生规律性变化。     

基于光谱的天基空间点目标特征提取与识别

天基空间目标观测时, 对于远距离目标, 通常只能得到一个点的相关信息, 包括目标的位置和灰度等, 损失了目标的材料、大小和状态等特征. 代表物体固有属性差异的光谱特性可作为目标特征提取与识别的一种重要手段. 从目标光谱特性的产生特点出发, 综合考虑目标的材料特性、结构特性、背景特性、轨道特性等因素, 建立了目标光谱特性的数学模型, 提出了基于光谱特性数学模型反演计算的目标特征提取与识别方法, 以环境一号卫星缩比模型为例, 进行了典型参数条件下的目标特征提取与识别实验验证, 实验结果验证了建模方法的正确性.     

光学元件亚表面缺陷偏振双向反射分布函数

 利用琼斯散射矩阵,借助右手正交基组来表示入射场和散射场,推导出光学元件亚表面缺陷或微粒在不同偏振状态下的双向反射分布函数的表达式。给出了亚表面缺陷在不同入射角条件下,不同偏振状态下的双向反射分布函数与散射方位角之间的关系,以及不同入射角下p偏振入射产生的p偏振双向反射分布函数的3维散射图。结果表明:p偏振入射产生的p偏振双向反射分布函数强烈依赖于入射角、散射角和方位角,且随着入射角的增加,其最小值点所对应的方位角逐渐减小。     

基于双向反射分布函数的目标激光测距方程

导航系统中广泛采用激光测距确定星地间距离,双向反射分布函数可精确描述实际物体反射光的情况,是研究激光测距方程的有效手段。结合目标反射几何模型,计算得到透镜各点接收目标反射光强的表达式。对目标光斑和接收透镜进行网格划分,仿真得到透镜面元接收目标反射的光强分布和透镜接收的瞬时光强,并讨论了平面目标的网格步长选取和计算次数。当光束从不同空间位置入射至平面目标表面时,根据探测器-反射棱镜之间距离与接收光强的对应关系得到激光测距方程的待定参数。实测数据验证了理论计算的正确性。     

光学元件亚表面缺陷偏振双向反射分布函数

利用琼斯散射矩阵,借助右手正交基组来表示入射场和散射场,推导出光学元件亚表面缺陷或微粒在不同偏振状态下的双向反射分布函数的表达式。给出了亚表面缺陷在不同入射角条件下,不同偏振状态下的双向反射分布函数与散射方位角之间的关系,以及不同入射角下p偏振入射产生的p偏振双向反射分布函数的3维散射图。结果表明:p偏振入射产生的p偏振双向反射分布函数强烈依赖于入射角、散射角和方位角,且随着入射角的增加,其最小值点所对应的方位角逐渐减小。     

The optical simulation of an air-guide edge-lit

The air-guide edge-lit without a light guide panel has been developed to meet the low manufacturing cost of a surface illuminator. The performance of the light guide inside the air layer between the curved reflector, used as the rear surface, and a flat light diffuse plate, at the front surface, depends on the shape of reflector curve and the BRDF (bidirectional reflectance distribution function) of the material of reflector. The goal of this study is to develop a ray-tracing simulation model in order to design the curve shape of the air-guide edge-lit meeting the luminance uniformity. In the present study, the BRDFs of reflector materials were measured and calibrated. The simulation accuracy in the luminance uniformity of the model was examined, and the influence of BRDF at the high angle of incidence on simulation accuracy was discussed.     

双向反射分布函数的绝对测量方法

在光谱光度计的校准中，需要在特定的入射和接收的几何条件下进行。在一些情况，校准的几何条件和光谱区受到了限制，因此有必要建立一种可适用于任意几何条件下和更宽光谱区的校准方法。本文介绍了一种校准光谱双向反射的方法，可适用于各种入射和接收的几何条件。从４００～２５００ｎｍ的光谱范围内，确定烧结的聚四氟乙烯标准样品的绝对双向反射系数，参考标准是通过国家计量院传递的方向—半球反射系数。测量用的双向反射分布函数（ＢＲＤＦ）测定仪可以全自动地测量几乎所有可能的几何条件下的绝对双向反射系数     

转动圆柱和圆锥的激光距离多普勒像分析模型

提出了一个新的转动圆柱和圆锥的激光距离多普勒像分析模型.该模型能分析圆柱和圆锥的几何参量、表面材料、姿态和脉冲宽度对这两种目标的距离多普勒像的影响,并能退化到平面波下的圆柱和圆锥的多普勒谱分析模型.数值分析了几何参量、表面材料、姿态和脉冲宽度对距离多普勒像的影响.理论和测量相结合,这个分析模型能用来进行圆柱和圆锥参量的识别.这个分析模型的解析表达式对于多普勒速度计和激光雷达应用有着重要的意义. 关键词： 光散射 双向反射分布函数 距离多普勒 目标识别     

微粗糙基底上多层涂层光散射偏振建模与特性研究

为满足多层涂层目标的偏振探测需求,基于一阶矢量扰动理论,结合偏振传输矩阵,建立微粗糙基底上多层涂层的光散射偏振双向反射分布函数模型,研究多因素影响下两种典型涂层目标,单层减反射涂层和多层高反射涂层的光散射偏振特性,结果表明单层减反射涂层目标的偏振度受观测位置影响,峰值左侧的偏振度较之裸基底增大,右侧反之,探测不同观测角下的偏振度可区分无涂层和涂层目标。不同观测角和入射波长下,多层高反射涂层目标的偏振度与涂层层数和涂层光学厚度显著相关,层数增加,多层涂层在镜反射附近具有去偏作用。仿真结果符合测量数据,验证了多涂层目标散射偏振模型的正确性与合理性,为实现多涂层目标偏振探测和反射隐身技术提供理论依据。