空间目标表面材料反射率的测量

介绍了双向反射分布函数测量空间目标表面材料热特参数的原理和方法,搭建了双向反射分布函数光谱特性和激光散射特性测量平台,对空间目标的几种典型热控涂层反射率进行了测量。测量结果表明,在入射角为0°时,SR107白漆涂层的反射率为0.785;OSR,F46和聚酰亚胺薄膜对532 nm激光的反射率均大于90%。     

可变温条件下材料表面的双向反射分布函数测量

基于双向反射分布函数单一参考测量法的测量原理,研制了一套测量温度最高可达500℃的双向反射分布函数测量系统。系统利用转角装置来实现不同角度位置的变换,用加热炉对试样进行加热,采用模糊PID控制器进行温度的控制。在25℃～500℃的温度范围内,对铜表面的双向反射分布函数进行了测量实验,光源采用可见光波长0.6328μm,功率约8mW的He-Ne激光器,选用Si1336-5BK光电探测器。实验表明：随着试样表面温度的升高,铜表面的BRDF测量值发生了改变;在温度上升或下降到同一温度时,铜表面的BRDF测量值不同。最后,对实验现象的形成机理进行了深入分析。上述实验结论对材料表面空间反射特性的研究具有重要意义。     

真空紫外反射率计用于BRDF的测量

：介绍了一种真空紫外反射率计,采用间接测量方法,在该反射率计测试了聚四氟乙烯漫反射板的双向反射率分布函数（ＢＲＤＦ）,正入射时该聚四氟乙烯漫反射板１５°到７５°的双向反射率分布函数偏差为１３％。     

太阳漫射板反射率在轨衰退监测技术研究

多通道扫描成像辐射计搭载于风云四号气象卫星上,为了使其实现高精度定量化遥感,其上配备了星上定标装置。该装置主要是引太阳漫射板(SD)反射的太阳光作为标准辐亮度源,太阳漫射板反射率衰减监测仪(简称比辐射计)定期监测漫射板反射率的变化。主要介绍了比辐射计的工作原理,并针对在轨返回的数据特点建立了太阳漫射板双向反射分布函数衰减因子计算模型。数据表明:比辐射计探测器受到了温度的影响,其不确定度为0.165%/℃,比值监测的方式消除了温度的影响。计算了3个通道衰减因子的合成监测不确定度,第一通道的合成监测不确定度为1.48%(k=2),第二、第三通道合成监测不确定度为1.16%(k=2)。结果表明:比辐射计可以实现漫射板反射率的衰减监测。     

单子叶植物叶片双向反射分布的测量与分析

作物的生物含量与作物的光学特性有直接的关系,而植物叶片的双向反射分布函数(BRDF)又直接影响植物的光学特性。植物叶片的BRDF体现了叶片在各个方向不同的能量反射能力,直接影响植物叶片的光谱检测结果,也是植被冠层宏观光学特征的影响因素之一。对植物叶片的BRDF光学特性及表现出的规律性展开研究和讨论,能够有效提高植物无损检测光谱模型的稳定性和可靠性,提升利用作物光谱模型反演理化特性的准确性和可靠性。首先介绍了植物叶片的BRDF快速获取方法及自主研发的方向性光谱检测仪器,该仪器能够在入射光的方位角和天顶角、接收探头的方位角和天顶角这四个维度进行调整,实现多入射角和反射角的反射光谱数据采集。单子叶植物的叶脉呈纵向分布,因而体现出较为显著的各向异性,玉米和小麦是两种较为典型的单子叶农作物。通过自主研发仪器获取不同波段范围下的玉米和小麦的反射光谱信息,并分析总结其反射分布规律。采用文中所介绍的BRDF计算方法对光谱数据以及白板校正数据进行计算,再结合MATLAB程序对光谱反射数据的图像映射,对反射结果与叶绿素含量和叶片含水量这两个叶片典型理化参数的相关性进行分析,最后探讨了采用ANIX系数对叶片的各向异性进行量化分析的方法。选取小麦在可见光波段以及玉米在近红外波段的数据,结果表明,小麦和玉米在各波段下的fr分布均关于入射天顶角两侧微小空间对称,在相同波段下,不同入射天顶角下的fr值大小基本一致;在相同入射天顶角下,小麦在800 nm波段下的fr值最大,680 nm波段下的fr值最小,这是由于680 nm波长附近是叶绿素强吸收的特征波段,而800 nm附近是叶绿素反射的特征波段,且在相同波段下,叶绿素浓度的升高会导致fr值的增大;在水的强吸收特征波段1 450 nm下,玉米的fr值随着含水量的升高而增长。分析表明,作物的BRDF特性能够有效反映叶片主要生物含量的变化,同时计算所得到的各向异性指数也体现出一致的变化规律,为建立稳定且可靠的作物光谱定量分析模型提供了理论和实践基础。     

自然状态下水泥路面温度与其发射率耦合关系研究

地表发射率是地表温度遥感反演中不可缺少的参数之一。常规获取地表发射率的遥感方法中,存在温度和发射率病态反演的问题;而实验室实测方法在恒定的自然条件下测定,对于遥感实用有一定的局限性。为解决上述问题,本研究利用温度和发射率相互耦合的关系,剔除温度效应的影响,提高发射率的精度,进而提高遥感反演地表温度的精度。对于不同地表物质而言,发射率和温度耦合关系又不同,本研究针对典型的城市人造地表类型之一——水泥路面,基于合理的自然状态下水泥路面发射率和温度观测实验,筛选理想大气环境下实测数据;利用最优发射率与温度分离算法取代光谱仪自带算法,提取精度较高发射率数据;分析时序水泥路面温度和发射率数据的耦合关系,建立耦合模型,并进行验证。研究结果表明：水泥路面的发射率二阶导数与温度相关性最高,相关系数为-0.925 1。以发射率二阶导数为自变量的逐步回归模型为最佳关系模型,判定系数R2达到0.886,验证结果的均方根误差RMSE为0.292 1。水泥路面温度与其发射率耦合关系模型的建立为提高遥感反演地表温度的精度提供了一种途径。     

基于漫反射优化的金属表面偏振双向反射分布函数

为了研究金属表面的偏振特性,分析光与物体相互作用的物理机理.首先,根据微面元散射特性,将目标表面的反射分为镜面反射、漫反射和体散射,并建立了三分量偏振双向反射分布函数模型.然后,利用非线性最小二乘法对模型参数进行优化.基于开源数据的仿真实验结果表明,相比其他函数,该函数拟合的曲线与实测结果更吻合;且描述不同金属表面偏振...     

高温石墨板短波红外光谱发射率-温度变化规律研究

为了研究高温目标在短波红外波段内的发射率光谱特性以及发射率与温度的关联规律,以高温石墨板为例在暗室环境中使用光谱仪测量其辐射亮度及使用热电偶测量其表面温度,并基于黑体辐射定律获取高温石墨板在9组不同温度下短波红外波段(1300～2500 nm)的光谱发射率,同时采用方差分析方法对不同温度分组下发射率的差异进行分析.实验...     

基于牛顿迭代法高温光谱温度和发射率的反演研究

针对基于光谱数据进行温度与发射率分离过程中存在的n个方程包含n+1个未知数这一欠定问题,提出利用牛顿迭代法来实现材料表面真温及发射率的反演计算,通过给定温度和发射率初值,利用泰勒级数的线性项建立迭代公式,通过迭代得到温度和发射率的近似解。分别利用理论热辐射谱和腔黑体的实验数据进行验证,结果表明,任意给定温度和发射率初值均可获得与真实温度接近的计算温度值,相对误差小于0.09。发射率反演结果与真实发射率线形一致,当温度和发射率初值越接近真实温度和发射率时,发射率反演结果越精确。该方法消除了发射率假定模型限制,有望应用于高温及超高温下各种材料真实温度和光谱发射率研究。     

温度和加热时间对大气环境中纯铁光谱发射率的影响

纯铁的光谱发射率受温度的影响很大,尤其是在大气环境中,由于温度升高加剧了表面的氧化,导致其光谱发射率发生了“无规律”变化。基于基尔霍夫定理,利用研制的反射法光谱发射率测量装置对纯铁1.55μm波长的光谱发射率进行了系统的研究,探讨了温度、加热时间等因素对纯铁光谱发射率的影响。研究结果表明：纯铁的光谱发射率随着温度的升高而增大,并且在一定的温度下出现了峰值和谷值,通过分析有氧化层时金属的发射率模型,解释了这种现象的发生。恒温长时间测量结果表明,在不同的温度下,加热时间对光谱发射率的影响不同。研究结果将进一步丰富纯铁的光谱发射率数据,并为其光谱发射率在大气环境中的应用提供了实验依据。     

大气层外弹道目标温度变化研究

针对弹道目标在飞行过程中的表面温度是导弹攻防两端关注的重点,简要介绍了弹道目标在大气层外飞行时的表面温度及红外辐射源。提出了大气层外弹道目标在飞行过程中的表面温度计算方法。重点针对弹头与诱饵的典型热物参数和大气层外不同的表面初始温度,分别计算了在阴影区与日照区弹头和诱饵表面温度随飞行时间的变化情况,发现弹头热惯量大,基本保持初始温度,诱饵热惯量小,迅速就会达到平衡温度,并采用实例对其进行验证。     

基于HIRFL 的高温应力材料载能离子辐照实验装置

针对未来先进核能装置候选结构材料在高温和应力等条件下抗辐照性能的评价与快速筛选的需求,基于兰州重离子研究装置( HIRFL ) 可提供的离子束流条件,设计制作了国内第一套高温应力材料载能离子辐照装置。该装置由束流扫描及探测系统、高温系统、应力系统、真空冷却系统和远程控制系统等5 部分组成,可以同时提供高温和拉/ 压应力下材料的离子束均匀辐照件,温区覆盖了室温至1 200 °C范围,拉/ 压应力范围为0 ~1176 N,x-y 方向均匀扫描面积可大于40 mmx40 mm。利用该装置,已经成功进行了多次高温和应力条件下载能离子辐照先进核能装置候选材料的实验研究,并取得了初步成果。In order to expedite the evaluation of properties of irradiated materials and the selection of candidate materials for future nuclear energy systems, we developed a specific ion irradiation equipment installed on the Heavy Ion Research Facility of Lanzhou ( HIRFL ) for materials under high temperature and stress. This equipment consists of ion beam scanning and detector system, high temperature load system, stress load system, water cooling system as well as telecommunication and control system. It can supply a wide range of temperature (from room temperature to 1 200 °C ) and stress ( pull / push from 0 to 1 176 N) simultaneously for materials under ion irradiation. The x-y scanning area with high uniformity is larger than 40 mm40 mm. This is the first suit of ion irradiation equipment made in China that can be used to study co-operating effects of high temperature and stress in an irradiated material. It has been successfully used several times for materials irradiations under high temperatures and stress, which proved that the new equipment has very good performances in experiments.     

激光辐照和高温氧化硅锗合金的低维结构和发光特性

采用强激光辐照硅锗合金,然后高温氧化的方法,在样品表面生成微米级小孔,用高精度扫描电镜观察孔内结构,发现片状纳米结构的存在。用荧光光谱仪测量其光致荧光谱,对于激光辐照(无高温氧化)的样品,在峰值705 nm处出现较强的光致发光(PL)。高温氧化后,样品在606 nm处出现一尖锐的PL光谱。利用量子受限和纳晶与氧化物的界面态综合模型解释PL光谱的产生。     

无规位相板在实现靶面均匀辐照方面的性能分析

数值分析的结果表明：尽管实际辐照靶面的激光光束其振幅和位相是涨落变化的，但是，使用无规位相板同样能改善光束辐照靶面的均匀化程度；无规位相板取不同的无规位相分布对靶面辐照均匀化的影响较小。还讨论了靶面离焦时其光强分布的变化情况。     

高温高压下冲击波淬火的锆基大块金属玻璃的相演化过程研究

 采用同步辐射能散X射线衍射技术,研究了高温高压下利用冲击波淬火技术制备的Zr₄₁Ti₁₄Cu_12.5Ni₁₀Be_22.5大块金属玻璃的相演化过程。研究结果发现：在实验压力范围内,在不同压力下试样具有相同的初始析出相Zr₂Be₁₇,但是随后的相演化过程是不同的,根据应用压力的不同,试样的相演化过程可以分为3个不同的区域;另外,试样的晶化温度随着压力的增大而升高,但是在6.0 GPa存在一个突然的下降,在此压力点试样具有不同于其它压力点的相演化过程。相演化过程的不同和晶化温度的突然下降,可能归因于在不同压力下试样具有不同的原子构型。     

铁磁/反铁磁双层膜中交换偏置及矫顽场的温度特性研究

讨论了铁磁-反铁磁双层膜中交换偏置和矫顽场随温度变化的关系。在本模型中,温度的依赖性来源于系统态的热激发以及相关磁学参量的温度依赖性。数值结果显示:低温下,交换偏置和矫顽场随温度的升高而减少,但是随着界面的交换耦合的增强或铁磁层各向异性的减少,其交换偏置变得平坦。随着温度的升高,交换偏置减少直至零;而矫顽场却达到峰值后再减为零。这些结果与实验结果定性一致。根据数值计算结果,可以预见软的铁磁层耦合上硬的反铁磁层,在恰当的交换耦合强度下,可构建具有大的交换偏置、小矫顽场;并在某温度区几乎不随温度变化的磁存贮器件.     

基于靶面温度测量的激光强度时空分布重构方法

基于靶面温度分布测量反演激光强度时空分布的重构表达式中,被积函数包含的奇异阿贝尔核函数导致了求解积分表达式的病态和解的不稳定。为了解决这一积分求解问题,基于广义函数理论和正则变换方法,对积分函数进行了重新构造,获得了基于靶面温度时空分布测量反演入射激光强度分布的重构算法,并分析了重构结果对温度测量误差的敏感性。借助数值模拟方法对重构算法进行了验证,数值计算给出了重构强度误差与靶板厚度和辐照时间的关系。验证结果表明,两种背光面边界条件下反演获得的激光束时空分布,不仅与原始模型激光束达到了较好的一致,而且不受薄板条件的限制。算法对强激光辐照效应的靶面激光参量监测有实用性。     

具有不同涂层的样品表面双向反射分布函数的三维测量

利用半球空间双向反射分布函数测量装置,采用样本比值法,实验测量了不同材质及涂层表面对激光束在整个半球空间内的双向反射分布函数.分析了漫反射板与无涂层铝板（裸板）表面,以及不同涂层和不同入射角下同一涂层对入射光的反射光强的空间分布,得出了所测几种样品在特定波长激光照射下的表面反射与散射特性.     

粗糙目标样片光谱双向反射分布函数的实验测量及其建模

实验测量了紫红色和白色涂漆板在400～780 nm内的光谱双向反射分布函数(光谱BRDF),分析了光谱双向反射分布函数随波长及散射角的变化趋势与目标样片光学特性的关系.应用改进的粒子群算法,结合双向反射分布函数五参量模型,获得了测量光谱范围内各波长(间隔1 nm)对应的共381组五参量值.利用五参量模型计算了目标样片的光谱双向反射分布函数及其方向半球反射率(DHR),并与实验测量数据相比较,两者吻合良好,表明目标光谱双向反射分布函数建模方法与结果的可行性和可靠性.目标样片的光谱双向反射分布函数可以用来研究目标的光谱散射特性,对目标的探测、跟踪、识别和特征提取等具有重要的应用价值.