大气中氧气辐射吸收被动测距技术

本书稿以大气辐射吸收被动测距技术作为研究对象，在充分对比大气不同成分的辐射吸收特性后，围绕大气中氧气分子的光谱吸收效应，结合多光谱和高光谱成像技术，开展了不同形式被动测距系统的氧气光谱吸收效应被动测距试验。重点对地球大气物理分布中氧气分子变化规律及氧气吸收光谱、基于氧气光谱吸收的被动测距技术的基本原理与被动测距系统、环境背景光谱特性、基于氧气吸收率差异的目标提取技术、基于混合像元分解技术的背景抑制方法、氧气吸收率与路径距离关系数学模型等内容进行论述；并在这些论述分析的基础上采用不同的被动测距系统进行了被动测距技术的验证性试验，形成了利用氧气光谱吸收效应进行目标远距离、高精度被动测距的研究成果。

前言
第1章 概述 1
1.1 被动测距技术 4
1.2 基于目标辐射和大气光谱吸收传输特性的被动测距技术 7
1.3 基于氧气吸收被动测距技术的关键技术现状 11
1.3.1 高光谱目标探测与目标提取技术 11
1.3.2 复杂背景抑制和消除技术 14
1.3.3 吸收率处理模式 16
参考文献 18
第2章 地球大气物理分布特性及氧气吸收光谱 27
2.1 地球大气物理分布特性 27
2.1.1 大气组成 27
2.1.2 大气分层 28
2.1.3 温度、压力、气体分子浓度随海拔的变化 31
2.2 氧气分子的吸收光谱 34
2.2.1 氧气分子的基态和激发态 36
2.2.2 氧气分子的近红外和可见光吸收带系 39
2.3 备选氧气吸收带的测距能力分析 47
2.4 气象因素对氧气吸收影响的分析 53
2.4.1 季节变化对氧气吸收带影响的分析 53
2.4.2 雾对氧气吸收带影响的分析 55
2.4.3 降雨对氧气吸收带影响的分析 57
2.5 本章小结 58
参考文献 59
第3章 基于氧气吸收被动测距技术的基本原理与系统分析 61
3.1 基于氧气吸收被动测距技术的基本原理 61
3.2 点探测式多光谱测距系统分析 67
3.3 成像式多光谱测距系统分析 79
3.3.1 测距光谱通道数目与位置 81
3.3.2 测距光谱通道带宽 90
3.3.3 数值分析 94
3.4 四维成像光谱测距系统分析 100
3.4.1 四维成像光谱仪的成像原理 102
3.4.2 四维成像光谱仪系统的傅里叶分析 103
3.4.3 数值分析 109
3.5 本章小结 112
参考文献 112
第4章 背景光谱特性分析 115
4.1 背景辐射的来源 115
4.1.1 太阳直接辐射 115
4.1.2 大气粒子的散射及吸收 116
4.1.3 地表热辐射及地表对太阳辐射的反射 119
4.2 氧气A吸收带天空背景辐射亮度模型 119
4.3 特别天气大气透过率计算模型 124
4.3.1 大气参数的分布特性 124
4.3.2 特别天气大气气溶胶粒子分布 125
4.3.3 特别天气大气透过率模型 127
4.4 数值计算与分析 127
4.4.1 晴天无云天空背景辐射特性 127
4.4.2 特别天气天空背景辐射亮度和大气透过率 131
4.5 背景光谱辐射强度变化对测距精度的影响 135
4.5.1 试验设备 135
4.5.2 试验条件及试验方案 135
4.5.3 测距试验及分析 137
4.6 本章小结 140
参考文献 140
第5章 基于氧气吸收率差异的目标提取技术 142
5.1 光谱图像的目标提取算法 142
5.2 尾焰目标辐射计算模型 143
5.3 氧气吸收率分布特性与目标提取方法 144
5.3.1 天空背景氧气吸收率分布特性分析 144
5.3.2 目标辐射氧气吸收率分布特性分析 145
5.3.3 基于氧气吸收率差异的目标提取方法 146
5.4 天空背景辐射光谱测量试验 146
5.4.1 试验设备 147
5.4.2 试验条件及试验方案 147
5.4.3 氧气吸收率分布特性分析 147
5.4.4 试验结论 150
5.5 目标辐射光谱和太阳反射光谱测量试验 150
5.5.1 试验设备 151
5.5.2 试验条件及试验方案 152
5.5.3 氧气吸收率分布特性分析 152
5.5.4 试验结论 156
5.6 基于氧气吸收率差异的目标提取试验 157
5.7 本章小结 159
参考文献 159
第6章 基于混合像元分解技术的背景抑制方法 160
6.1 特别天气条件下目标与背景光谱混合模型 160
6.1.1 光谱图像像元混合机理 160
6.1.2 目标与特别天气背景的混合像元模型 162
6.2 特别天气条件下的背景抑制方法 165
6.2.1 混合像元分解技术原理及流程 165
6.2.2 目标光谱提取方法 168
6.2.3 特别天气背景抑制方法基本流程 170
6.3 特别天气条件下被动测距试验 171
6.3.1 降雨天气条件下被动测距试验 171
6.3.2 雾霾天气条件下被动测距试验 176
6.3.3 降雪天气条件下被动测距试验 180
6.4 本章小结 184
参考文献 185
第7章 氧气吸收率与路径长度关系数学模型 186
7.1 氧气吸收系数及其相关性 186
7.1.1 氧气吸收系数及相关K分布法 186
7.1.2 氧气吸收系数分布的相关性 189
7.1.3 氧气吸收系数的温度压强变化关系 197
7.2 非均匀路径的氧气吸收率模型 202
7.3 数学模型的数值分析 206
7.4 数学模型的误差分析 218
7.4.1 吸收系数误差 218
7.4.2 折射吸收误差 221
7.4.3 路径离散误差 230
7.5 本章小结 232
参考文献 233
第8章 不同探测系统下的被动测距试验 235
8.1 点探测式多光谱被动测距系统测距试验 235
8.1.1 旋转滤波片式单通道点探测式多光谱被动测距系统试验 235
8.1.2 并行式多通道点探测式多光谱被动测距系统试验 241
8.2 成像式多光谱被动测距系统测距试验 271
8.2.1 光谱采集系统及目标 271
8.2.2 近程被动测距试验 273
8.2.3 远程被动测距试验 280
8.3 本章小结 291
参考文献 292
附录 光谱仪作用距离分析 294