天基红外背景成像建模与验证

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1、硕士学位论文天基红外背景成像建模与验证MODELINGANDVALIDATIONOFINFRAREDIMAGINGFORSPACE-BASEDBACKGROUND董柏序哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TN216学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文天基红外背景成像建模与验证硕士研究生：董柏序导师：汪洪源副教授申请学位：工学硕士学科：光学工程所在单位：航天学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedInedx:TN216U.D.C

2、:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringMODELINGANDVALIDATIONOFINFRAREDIMAGINGFORSPACE-BASEDBACKGROUNDCandidate：DongBaixuSupervisor：AssociateProf.WangHongyuanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：OpticalEngineeringAffiliation：Sch

3、oolofAeronauticDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要天基目标探测系统的主要关注对象是云，对云场景的成像建模仿真是高轨预研的重要课题之一，通过仿真获得的高轨云背景数据可以为导弹防御系统的指标实际提供数据输入。本文致力于高轨红外背景图像仿真工作的研究，通过计算机建模的方法获得有效的云背景数据，并通过对比验证的方法对模型的有效性进行初步评估。在红外背景仿真过程中，常选

4、择实际的天基探测数据作为数据源来进行辐射变换。本文从MODIS多光谱数据入手，利用现有劈窗法经验模型，对遥感数据的地理知识获取方法进行研究，进而达到信息反演的目的。在此基础上，结合适用于我国东南沿海和华中地区的MODIS云检测方法，确定了研究区中的云边界，为云和大气的分别讨论做好数据准备。在场景的红外辐射计算方面，提出了云辐射的详细计算方案和大气背景的简化计算方案。对研究区中的云，引入光学厚度和双向反射分布函数（BRDF）模型对其表面的反射特性进行了研究，确定了每个云像元的发射点和反射点，再结合云自身本征

5、辐射和大气红外透过率，计算了相对精确的天基红外云辐射模型。对于大气强吸收波段中相对次要的海洋、森林、陆地等其他场景，利用MODTRAN系列代码的仿真输出简化了其辐射计算。在高轨探测器成像仿真方面，提出了图像投影变换模型，实现了低轨小宽幅场景到高轨大幅度场景的图像曲率化过程，和连续帧图像序列生成过程。结合成像链路调制传递函数和噪声模型，获得了高轨序列化图像输出。并基于图像特征提出了三类模型验证方法，验证了仿真模型的有效性。本文的仿真实现主要依赖ENVI（IDL）遥感数据处理平台和MATLAB科学计算平台,对

6、高轨红外背景成像的全过程进行了详细的讨论，并侧重于实测数据的信息获取和辐射变换过程。本文研究对于天基红外场景仿真课题来说具有一定价值。关键词红外背景；遥感全链路；成像建模；MODIS数据；模型校验IAbstractAbstractAtmosphereandcloudsarethemainbackgroundsourceofspace-basedinfraredtargetdetectionsystem.Howtosimulateradiometricimagesofatmosphereandcloudss

7、ceneseffectivelyandauthenticallyisanimportantresearchdirectionathomeandabroad,whichcanaffectthevalidityoftheresultsfromsimulationexperimentsinspace-basedinfraredtargetdetectionsystems.Intheprocessofinfraredbackgroundsimulation,remote-sensedataofactualspac

8、e-baseddetectionareoftenchosenasdatasourceofradiationtransformation.Inthispaper,MODISmulti-spectraldataischosentobestudiedwithspiltwindowmethod,whichisaimedatsurfacetemperatureoftheworld.Inaddition,cloudboundaryinth