《深空红外目标场景的建模与仿真技术研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《深空红外目标场景的建模与仿真技术研究（70页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、国防科学技术大学硕士学位论文深空红外目标场景的建模与仿真技术研究姓名：李阳申请学位级别：硕士专业：信息与通信工程指导教师：卢焕章2010-11国 防 科 学 技 术 大 学 研 究 生 院 学 位 论 文 VII摘摘 要要 在研制新型红外成像系统或研究目标检测识别算法时，需用大量不同状态的红外图像进行测试、训练和评估。然而，外场实拍要耗费很长的时间和大量的人力物力，严重影响研制进度与效率，红外成像仿真技术则为解决这类问题提供了一种极为经济、有效的途径。 本文深入研究了深空背景条件下红外目标场景的建模与仿真技术，研究内容涉及传热学、惯性技术、红外物理、信号处理、建模与仿真等多门学科，具有较大的挑
2、战性与探索性，所做主要工作如下： 1. 根据传热学原理建立空间目标的热模型， 利用节点热网络法求解出空间目标的表面温度分布，然后计算目标与背景的红外辐射，并进行量化和显示。 2. 根据探测器平台的姿态运动、探测器与目标之间的相对运动，建立运动目标成像位置模型，计算出目标视线角与成像位置。 3. 建立探测器自身效应模型，包括光学弥散、探测器噪声、成像阵列盲元等，同时分析了红外探测器的作用距离及目标的成像尺寸， 最后得到空间目标不同成像状态的图像。 4. 根据红外探测器采集的实际图像对仿真图像进行了校验与可信度评估。 本文完整的仿真模拟了空间目标在红外探测器上的成像过程，同时考虑了多种因素的影响，
3、得到的仿真图像具有很高的真实性与逼真度，部分模型与方法已应用于某空间飞行系统信息处理算法的测试场景生成。 关键词：红外图像仿真；空间目标；红外辐射；目标成像位置；探测器效应；模型校验关键词：红外图像仿真；空间目标；红外辐射；目标成像位置；探测器效应；模型校验 国 防 科 学 技 术 大 学 研 究 生 院 学 位 论 文 VIIIABSTRACT While developing infrared imaging system or researching the algorithm of target detecting and recognition, abundance of diffe
4、rent infrared images are necessary for testing, training and evaluation. However, real images got from the outfield need a great deal of time, manpower and material resources, which would influence the efficiency and rate of progress. Infrared imaging simulation can solve this problem as an economic
5、al and efficient method. In this paper, the modeling and simulation of the infrared scenes of the space target is deeply analyzed, several reseach fields are involved, such as thermal exchange theory、inertia technology、 infrared physics、 signal pocessing、 modeling and then, the infrared radiation of
6、 the target and the environment is deduced, which would be transferred into gray scale. Secondly, the motion model is discussed, the pose changes of the detector and the relative movements of the target are taken into account, moreover, the imaging position of the target is calculated. Thirdly, the
7、inherent effects of the detector is added to the simulated images, the causation of optics dispersion, noise of the detector and blind pixels in the imaging arrays are detailed analyzed. Moreover, the operating range of the infrared detector and the imaging size of the target are also discussed. Fin
8、ally, the simulated images are validated by the real images taken by the infrared detector, and the reliability of the simulated images are calculated. In this paper, the whole imaging process of the space target on the infrared detector is realized. As more factors are considered in this paper, mor
9、e actual infrared images would be simulated. Some of the models and methods in this paper are used to provide testing scenes for an information processing system which works in the space. Key Words：Simulation of infrared images; The space target ; Infrared radiation; Imaging position of the target;
10、Inherent effects of detector; Model validation国 防 科 学 技 术 大 学 研 究 生 院 学 位 论 文 IV表 目 录 表 2-1 红外辐射光谱区划分.8 表 2-2.1 辐射角系数 1.18 表 2-2.2 辐射角系数 2.19 表 2-3 探测器接收到的辐射照度.20 表 2-4 各面元辐射亮度（面元法线方向）.21 表 2-5 各面元辐射亮度（探测器方向）.21 表 5-1 校验前仿真图像与实际图像的比较.51 表 5-2 校验后仿真图像与实际图像的比较.52 国 防 科 学 技 术 大 学 研 究 生 院 学 位 论 文 V图 目 录 图 1-1 仿真三要素的关系.3 图 1-2 仿真的一般过程.3 图 2-1 空间目标在宇宙空间的热平衡关系.10 图 2-2 目标表面受热示意图.10 图 2-3 平板的太阳直接辐射角系数.12 图 2-4 地球对平板辐射示意图.13 图 2-5 地球反照辐射示意图.13 图 2-6 目标温度计算过程.14 图 2-7 锥侧面划分示意图.17 图 2-8 锥底面示意图.17 图 2-9 观测示意图.17 图 2-10 侧面下半
