CN107247024B - 一种导弹尾焰辐射强度探测的大气修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导弹尾焰辐射强度探测的大气修正方法，即先获取大气透过率，再计算大气修正过程中尾焰光谱结构的统计权重，最后对导弹尾焰辐射强度进行大气修正；其中，导弹尾焰的波段为4‑5μm。本发明有效地提高了反推的本体辐射精度。

Description

一种导弹尾焰辐射强度探测的大气修正方法

技术领域

本发明涉及航天领域，尤其涉及一种导弹尾焰辐射强度探测的大气修正方法。

背景技术

对目标光学特性的定量测量是目标特性研究领域的重要环节。实测数据往往被认为是最准确最有说服力的资料。要做到高精度的定量测量也需要很多技术环节作为支撑，如定标技术，数据处理技术等。其中大气修正技术是在大气层中开展定量测量所必不可少的技术之一。由于地球大气是具有选择性吸收特性的气体介质，任何在大气中传播的辐射能量都会受到大气的选择性吸收而衰减。因此对于大气衰减作用的反演是通过测量数据反推目标本身辐射状态的重要过程。

导弹尾焰辐射主要是由尾焰中的高温气体自发辐射产生，因此导弹尾焰的辐射光谱也是具有很强选择性的。由于目标的辐射光谱与介质的吸收光谱都是有选择性的，因此以探测器探测到的辐射精确反推目标本体辐射必然要通过两个光谱的运算。当采用热像仪进行导弹尾焰的辐射强度探测时，由于热像仪无法获取尾焰的光谱，只能获得特定波段的总辐射值，这给大气修正带来了极大的困难，通常采用的平均透过率算法将会在大气修正过程中产生较大误差。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷，本发明提供一种导弹尾焰4-5μm辐射强度探测的大气修正方法，有效地提高了反推的本体辐射精度。

本发明提供的一种导弹尾焰4-5μm辐射强度探测的大气修正方法，其改进之处在于，先获取大气透过率，再计算大气修正过程中尾焰光谱结构的统计权重，最后对导弹尾焰辐射强度进行大气修正。

优选的，根据CO₂、H₂O两种气体组分振转能级的跃迁，采用HITEMP数据库，利用Lorentz展宽的逐线方式计算热为力学状态的气体辐射光谱作为大气修正过程中尾焰光谱结构的统计权重。

较优选的，计算公式如下：

根据辐射传输方程，计算光谱辐射亮度的变化，公式如下：

式中，B_ν表示黑体辐射；α_ν表示光谱吸收系数；I_ν表示光谱辐射亮度；x表示辐射传输的距离；v表示波数；

采用逐线法计算光谱吸收系数α_ν，公式如下：

式中，S表示谱线强度；ν_0i表示第i条谱线的中心波数；N表示分子数密度；f(v-v_0i)表示谱线线型函数；

采用Lorentz展宽计算谱线线型函数，公式如下：

式中，γ表示谱线展宽；

对辐射光谱进行归一化，得到尾焰光谱结构的统计权重H(v)，即：

较优选的，对导弹尾焰辐射强度进行大气修正，计算公式如下：

计算在4-5μm范围内测量波段的平均大气透过率，公式如下：

式中，f(v)表示大气透过率，H(v)表示尾焰光谱结构的统计权重，v表示波数；

根据平均大气透过率进行大气修正，获取目标未经大气吸收的本体辐射强度，公式如下：

式中，S表示探测到的辐射强度。

较优选的，所述大气透过率通过测量设备测量获得或者通过理论计算获得。

较优选的，采用热力学状态为温度2000K、压力0.4atm、CO₂摩尔份数为0.01、H₂O摩尔份数为0.2，辐射路径为1m的气体层在4-5μm的辐射光谱代表尾焰的辐射光谱结构。

本发明的技术方案中，有效地提高了反推的本体辐射精度。

本发明的技术方案中，热像仪由于具有便携性好，可成像等优点被广泛用于红外探测。但由于其不具备光谱探测能力，在通过热像仪测量结果分析目标真实辐射量时，往往由于大气修正误差较大而受到质疑，特别实在大气吸收波段探测有光谱选择性的目标。在4-5μm波段中，包括着一个大气重要的吸收带。在远距离探测时，部分波段透过率极低。通过理论分析，采用对透过率直接平均的大气修正方法，当测量的导弹尾焰在100km外时，反推本体辐射的误差将超过一个量级。这将是的热像仪测量的结果失去定量分析的意义。而采用本专利的方法，大气修正的误差将小于50％。极大的提升了大气修正的精度，使得远距离的热像仪探测也能反映导弹尾焰本体的辐射强度。

附图说明

图1为本发明实施例的流程图；

图2为本发明实施例的归一化函数示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

本实施例提出的一种导弹尾焰4-5μm辐射强度探测的大气修正方法，流程图如图1所示，即先获取大气透过率，再计算大气修正过程中尾焰光谱结构的统计权重，最后对导弹尾焰辐射强度进行大气修正。具体的：

通过测量设备测量获得或者通过理论计算获得大气透过率。

计算大气修正过程中尾焰光谱结构的统计权重，步骤如下：

不同型号的导弹在不同飞行状态下其中波红外辐射光谱不同，但是由于其辐射机理均是CO₂、H₂O两种气体组分振转能级的跃迁。因此其辐射光谱的结构由上述两种气体的能级分布规律决定，存在一定的稳定性。本实施例采用热力学状态为温度2000K、压力0.4atm、CO₂摩尔份数为0.01、H₂O摩尔份数为0.2，辐射路径为1m的气体层在4-5μm的辐射光谱代表尾焰的辐射光谱结构。

根据CO₂、H₂O两种气体组分振转能级的跃迁，采用HITEMP数据库，利用Lorentz展宽的逐线方式计算热为力学状态的气体辐射光谱作为大气修正过程中尾焰光谱结构的统计权重。计算公式如下：

根据辐射传输方程，计算光谱辐射亮度的变化：

式中，B_ν表示黑体辐射；α_ν表示光谱吸收系数；I_ν表示光谱辐射亮度；x表示辐射传输的距离；v表示波数；

采用逐线法计算光谱吸收系数α_ν，公式如下：

式中，S表示谱线强度；ν_0i表示第i条谱线的中心波数；N表示分子数密度；f(v-v_0i)表示谱线线型函数；

采用Lorentz展宽计算谱线线型函数，公式如下：

式中，γ表示谱线展宽；

对辐射光谱进行归一化，得到尾焰光谱结构的统计权重H(v)，即：

最后，对导弹尾焰辐射强度进行大气修正，如下：

根据大气修正模块基于尾焰辐射光谱结构的统计权重曲线，计算在4-5μm范围内测量波段的平均大气透过率，公式如下：

式中，f(v)表示大气透过率，H(v)表示尾焰光谱结构的统计权重，v表示波数；

根据本实施例的辐射光谱结构数据得到的统计权重曲线如图2所示，其支持4-5μm范围内的任何波段。当修正波段是4-5μm的某个子波段时，只需截取相应的统计权重曲线，并对大气透过率进行加权平均即可。

根据平均大气透过率进行大气修正，获取目标未经大气吸收的本体辐射强度，公式如下：

式中，S表示探测到的辐射强度。

至此，实现了导弹尾焰4-5μm波段辐射强度探测的大气修正。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种导弹尾焰辐射强度探测的大气修正方法，其特征在于，先获取大气透过率，再计算大气修正过程中尾焰光谱结构的统计权重，最后对导弹尾焰辐射强度进行大气修正；

其中，导弹尾焰的波段为4-5μm；

其中，根据CO₂、H₂O两种气体组分振转能级的跃迁，采用HITEMP数据库，利用Lorentz展宽的逐线方式计算热力学状态的气体辐射光谱作为大气修正过程中尾焰光谱结构的统计权重，计算公式如下：

根据辐射传输方程，计算光谱辐射亮度的变化，公式如下：

式中，B_v表示黑体辐射；a_v表示光谱吸收系数；I_v表示光谱辐射亮度；x表示辐射传输的距离；v表示波数；

采用逐线法计算光谱吸收系数a_v，公式如下：

式中，S表示谱线强度；v_0i表示第i条谱线的中心波数；N表示分子数密度；f(v-v_0i)表示谱线线型函数；

采用Lorentz展宽计算谱线线型函数，公式如下：

式中，γ表示谱线展宽；

对辐射光谱进行归一化，得到尾焰光谱结构的统计权重H(v)，即：

其中，对导弹尾焰辐射强度进行大气修正，计算公式如下：

计算在4-5μm范围内测量波段的平均大气透过率，公式为：

式中，f(v)表示大气透过率，H(v)表示尾焰光谱结构的统计权重，v表示波数；

根据平均大气透过率进行大气修正，获取目标未经大气吸收的本体辐射强度，公式如下：

式中，S表示探测到的辐射强度。

2.如权利要求1所述的大气修正方法，其特征在于，所述大气透过率通过测量设备测量获得或者通过理论计算获得。

3.如权利要求1所述的大气修正方法，其特征在于，采用热力学状态为温度2000K、压力0.4atm、CO₂摩尔份数为0.01、H₂O摩尔份数为0.2，辐射路径为1m的气体层在4-5μm的辐射光谱代表尾焰的辐射光谱结构。