基于光线跟踪算法的空间目标光散射特性研究

发布时间：2021-03-11 13:40

　　通过蒙特卡洛光线跟踪算法,结合不同材料的双向反射分布函数（BRDF）特性,对空间目标的激光散射特性进行了计算与研究。研究以辐射度学基本理论为基础,辐射度学中辐照度、辐射亮度等物理量,双向反射分布函数,以及这些物理量之间的关系是本文算法的重要理论基础。介绍了光线跟踪算法的基本原理,讨论了如何将光线跟踪算法应用于目标光散射特性的计算中,利用光线跟踪算法解决了目标投影面积计算、入射和出射角度计算、光线遮挡判断等问题。结合空间目标光散射特性计算的需求,设计开发了本文所使用的光线跟踪器,详细介绍了跟踪器的设计思路与工作原理。通过计算朗伯球的激光雷达散射截面（LRCS）并与理论值对比验证了本文算法的正确性与计算的准确性。计算分析了不同的光线数量以及目标建模时不同的面元数量对平面、弧面等不同目标计算结果精确性的影响。介绍了辐射度法和蒙特卡洛光线跟踪法,用以求解多次散射中最核心的光传输方程问题。在一次散射的基础上,选用蒙特卡洛光线跟踪法解决了多次散射问题。对算法进行了优化,将不同的表面材料进行分类,根据不同材料的BRDF特性划分各材料计算多次散射的范围以及二次散射光线的数量,提高了多次散射计算的效率与... 

【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：104 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

逐层完善的光学模型

对于人眼感知来说，辐射亮度是最为直接的物理量，因此在目标光散射特性成像中，我们将会计算图像中每个像素的辐射亮度或者相对辐射亮度来作为成像的依据。图2.2 辐射通量、辐照度和辐射度

辐照度 E-2W m辐射亮度 L-1 -2W sr m辐射强度 I1.2 辐射关系亮度是光线跟踪算法中非常重要的一个物理量，本小节将讨论辐射之间的关系。节中，用 L( x )表示沿着 方向离开 x 点的辐射亮度，用 L( x 向入射到 点的辐射亮度，如图 2.3 所示。同样的，若光线在 方一点x '相交，则用 L ( x x')表示从离开 点到达 点的辐射x')表示 点接收到的来自 点的辐射亮度。

【参考文献】：
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本文编号：3076552