複雜地球大氣系統中空間目標的紫外散射特性研究

《複雜地球大氣系統中空間目標的紫外散射特性研究》是依託西安電子科技大學，由白璐擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：複雜地球大氣系統中空間目標的紫外散射特性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：白璐
• 依託單位：西安電子科技大學

中文摘要

本項目旨在研究紫外波段大氣環境背景中目標與電磁波的相互作用物理機制，建立典型地球大氣背景下目標的紫外光散射計算模型。項目基於目標光散射的理論與隨機介質中波傳播的相關理論，研究大氣環境包括太陽、雲及氣溶膠對空間目標構成的紫外背景散射影響。結合典型材料的紫外雙向反射分布函式實驗，利用遺傳模擬退火算法與粒子群算法進行目標的紫外極化雙向反射分布函式的統計建模。探索紫外波段材料特性、背景影響與空間目標識別的新的、特殊的性質與套用。探索紫外巨觀電磁現象的微觀物理本質；研發複雜地球大氣背景下目標的紫外光散射仿真計算軟體。其研究成果對空間目標光學特性的特徵提取、控制和識別等關鍵技術研究，具有明顯學術與套用價值，以及重要的戰略意義。

結題摘要

本項目研究了紫外波段大氣環境背景中目標與電磁波相互作用的理論及方法。與中科院安徽光機所合作測量了紫外波段多種材料的光譜雙向反射分布函式（BRDF）。基於實測數據提出了七參數BRDF統計模型，該模型根據紫外波長的特點考慮了體散射及回程散射，克服了以往BRDF模型在描述非鏡像峰值時的不準確性，可明顯提高計算精度，且該模型能滿足互易性及能量守恆定理的要求，但較之此前被廣泛使用於工程問題的五參數BRDF模型，其所需的計算時間稍有增加。為解決計算時間問題，我們採用了免疫網路遺傳最佳化算法對參數模型進行了處理。利用該最佳化算法可有效的克服參數求解過程中的局部最優問題。研究了空間目標的幾何建模，分析了考慮地球背景的目標紫外光譜輻射亮度的影響因素。這些問題的討論對空間目標的紫外探測與識別研究具有非常重要的意義。項目研究了隨機離散介質中的波傳輸特性對空間目標光散射的影響問題。研究了單個橢球粒子隨機分布空間中的紫外光譜的傳輸特性，分析了離散介質的物理參數對紫外光傳輸特性的影響，考慮了實際大氣典型模型的溫濕壓信息，通過獲取的實測中緯度亞溫帶某地區一年的氣象大氣實測數據，建立了結合我國實際地理及大氣模式下的紫外傳輸特性模型，並與國外傳統的Modtran軟體進行了對比。得到了在紫外波段，地理及大氣環境因素對傳輸透過率的影響並不如紅外波段更易受溫、濕、壓影響顯著變化的結論。結合按高度差值的氣象測量數據，建立了能夠處理線上實驗測量數據的典型地球大氣背景下紫外光傳輸特性計算仿真模型。給定典型的大氣環境、輸入地理的經緯度及計算時間，該軟體可折算出太陽、雲及氣溶膠等大氣環境的典型參數變化對空間目標構成的紫外背景的影響。項目利用橢偏儀及分光光度計，分別進行了空間目標典型材料的紫外光譜實驗的測量與分析工作。研究了紫外波段材料的巨觀物理表象如光譜的吸收特性與其微觀結構之間的關係。並對同一材料進行了沿時間變化順序的追蹤測量。將用分光光度計測量得到的材料的上半空間的半球反射率的結果與紫外波段得到BRDF七參數模型的理論建模結果進行了比對，結果顯示統計建模的結果與實驗測量的結果吻合很好。以此成果為基礎開發的BRDF參數庫軟體已套用於航天等工業部門。此外項目組還研究了各向異性粒子的微觀結構在電磁波束入射下的電磁散射現象。以上研究成果對空間目標的紫外散射特性的特徵提取和識別等關鍵技術的研究具有明顯學術價值及意義。