地球及临边背景红外辐射特性研究

发布时间：2020-10-21 21:36

　　 随着科学技术的快速发展，飞机、弹道导弹等飞行器的红外辐射特征也越来越受到关注，及时发现这些目标对于军事防御具有重要意义。但飞行器的红外特征不仅与飞行物自身红外辐射特性息息相关，与飞行器所在环境背景的红外辐射特性也有巨大的关系。因此，建立卫星遥感红外探测模型展开研究十分必要。影响飞行器红外辐射特性的因素主要有地表辐射和大气辐射，构成了地球及临边红外辐射背景。根据地球背景和临边背景的不同特性，本文建立了卫星红外遥感模型、地球背景红外辐射计算模型、临边背景红外辐射计算模型，针对3~5μm和8~14μm两波段展开研究，并基于辐射计算结果建立相关数据库和辐射计算软件。 针对地球背景红外辐射开展了如下研究。首先，基于地表温度反演模型，利用MODIS卫星遥感数据，采用劈窗法反演获得一月和七月1km地表分辨率的全球地表温度分布，依据GLCNMO地表类型覆盖数据和典型地表光谱特性曲线获得所求波段全球地表发射率分布。在地表温度和发射率数据的基础上，建立了地表辐射模型，计算获得了3~5μm和8~14μm两波段一月和七月1km分辨率全球地表红外辐射分布。其次，基于地表上空大气辐射计算模型，利用MODTRAN大气辐射软件计算获得了不同纬度、季节一月和七月大气红外辐射。再次，基于地球背景红外辐射计算模型，将地表辐射与大气辐射结合获得了地球背景红外辐射分布。分析获得了影响地球背景红外辐射特性的主要因素为地表温度、地表类型、季节和纬度。最后，基于以上研究建立了地表参数数据库、地球背景红外辐射数据库和地球背景红外辐射快速计算软件。针对地球背景展开的研究和获得的结果为地球背景红外辐射探测提供了理论支持、基础数据和应用软件。 针对临边背景红外辐射开展了如下研究。首先，建立临边背景红外辐射计算模型，利用MODTRAN辐射计算软件，针对3~5μm和8~14μm两波段，计算获得了低、中、高三个纬度冬夏两季的临边背景红外辐射。并分析获得了影响临边背景红外辐射的主要因素为：切线高度、纬度、季节、气溶胶和辐射计算波段。其次，基于临边背景红外辐射探测模型和临边背景红外辐射结果建立了临边背景红外辐射计算软件、临边背景辐射数据库和临边红外辐射快速计算软件。以上关于临边红外辐射的研究为临边背景红瓦辐射提供了理论支持和数据基础，并对红外辐射探测器的设计提供了指导。 本文建模计算获得了地球及临边背景红外辐射特性，并分析了影响背景辐射的主要因素，最后建立了相关数据库和辐射计算软件。本文关于地球及临边背景红外辐射的研究为地球及临边背景红外辐射探测提供理论支持、数据基础和可以可供直接使用的数据库、辐射计算软件。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2014
【中图分类】：P422.61
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
图表清单
注释表
缩略词
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 地球及临边背景简介
        1.2.2 地球及临边背景红外辐射研究现状
        1.2.3 地表温度反演研究现状
        1.2.4 大气辐射计算研究现状
    1.3 本文的主要研究工作
第二章 MODIS 卫星数据反演及地表辐射计算
    2.1 MODIS 卫星数据介绍
        2.1.1 地球观测系统（EOS）
        2.1.2 中分辨率成像光谱仪 MODIS
    2.2 劈窗法反演地表温度
        2.2.1 计算亮度温度
        2.2.2 估计地表发射率
        2.2.3 计算大气透过率
    2.3 地球背景辐射计算
第三章 辐射在大气中的传输理论
    3.1 地球大气系统
        3.1.1 大气热结构
        3.1.2 大气压力随高度变化
        3.1.3 地球大气的组成
    3.2 大气辐射过程及性质
        3.2.1 辐射基本定律
        3.2.2 大气粒子的光散射与吸收
    3.3 辐射的传输
        3.3.1 辐射传输方程
        3.3.2 辐射传输的数值解法
    3.4 辐射传输的光谱积分
        3.4.1 透过率和吸收率
        3.4.2 逐线积分模式
        3.4.3 带模式
        3.4.4 k 分布模式
    3.5 大气辐射计算方法
第四章 地球及临边背景辐射计算模型
    4.1 卫星遥感红外探测模型
    4.2 地球背景红外辐射计算模型
        4.2.1 地表温度反演模型
        4.2.2 地球背景红外探测几何模型
        4.2.3 临边探测区域判断模型
        4.2.4 地球背景红外辐射计算模型
    4.3 临边背景红外辐射计算模型
        4.3.1 临边背景红外辐射几何计算模型
        4.3.2 临边背景红外辐射计算模型
    4.4 数据库建设及软件编写
        4.4.1 建设数据库
        4.4.2 编制辐射计算软件
第五章 计算结果及分析
    5.1 地球背景红外辐射研究结果及分析
        5.1.1 全球表面温度反演结果
        5.1.2 大气层外全球红外辐射模拟结果
    5.2 临边背景红外辐射研究结果及分析
        5.2.1 临边背景红外辐射亮度分布
        5.2.2 影响临边红外辐射亮度分布的主要因素
    5.3 辐射数据库和辐射快速计算软件
第六章 总结
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 陈圣波,张学红;利用MODIS热红外数据反演地表温度前应处理的几个问题[J];吉林大学学报(地球科学版);2004年03期

2 毛克彪,覃志豪,王建明,武胜利;针对MODIS数据的大气水汽含量反演及31和32波段透过率计算[J];国土资源遥感;2005年01期

3 杨贵军;柳钦火;刘强;肖青;顾行发;黄文江;;中红外大气辐射传输解析模型及遥感成像模拟[J];光谱学与光谱分析;2009年03期

4 吴晗平;红外辐射大气透过率的工程理论计算方法研究[J];光学精密工程;1998年04期

5 韩涛,朱学光;一种计算大气透过率的方法[J];红外技术;2002年06期

6 张建奇，方小平，张海兴，白长城，杨宜禾;自然环境下地表红外辐射特性对比研究[J];红外与毫米波学报;1994年06期

7 沈国土;蔡继光;杨宝成;高景;董占海;;空中辐射环境理论建模初探[J];红外与激光工程;2006年S1期

8 邢强;任海刚;陈汉平;徐杲;刘玉峰;;经过大气传输的红外热像仿真[J];红外与激光工程;2007年01期

9 刘杰;高聚忠;;空间可视化仿真中地球大气效果的模拟[J];红外与激光工程;2008年S2期

10 董仁杰;李铜基;陈清莲;高飞;;热红外波段大气透过率和程辐射的估算方法[J];海洋技术;2006年02期

本文编号：2850634