基于曲线拟合的大气参量查找表生成方法技术

本发明专利技术公开了一种基于曲线拟合的大气参量查找表生成方法，主要用来生成光电三维场景中的大气参量查找表。其方法实现过程包括：设置曲线拟合仿真参数，划分探测器海拔高度区间，计算探测器海拔高度值，计算路径长度最大有效值，划分路径长度子区间，计算路径长度区间的路径长度值，计算大气参量，计算拟合曲线参数，生成大气参量查找表，即大气透过率查找表和大气路径辐射查找表。本发明专利技术具有保持大气参量的计算精度，减少了大气参量的计算量，缩短了大气参量查找表的生成时间，提高了大气参量查找表的生成效率的优点。

【技术实现步骤摘要】
基于曲线拟合的大气参量查找表生成方法
本专利技术属于物理
，更进一步涉及物理
中的一种基于曲线拟合的大气参量查找表生成方法。本专利技术可生成光电三维场景中的大气参量查找表，用于大规模光电三维场景仿真的实时渲染。
技术介绍
随着计算机技术和仿真技术的飞速发展，大规模光电三维场景的实时仿真一直是研究的热点。光电三维场景的实时仿真包括对大气传输效应的实时仿真，大气传输效应的实时仿真需要根据仿真帧频和分辨率计算仿真图像中的每个像素所对应的辐射传输几何路径下的包括大气透过率和大气路径辐射的大气参量，计算量庞大。针对上述计算量庞大的问题，通过对大气透过率和大气路径辐射进行预计算，生成大气参量查找表是一种有效的技术方法。中国航天科工集团第二研究院二Ο七所在其申请的专利文献“红外特性测量中大气传输快速修正方法”(专利申请号201210362216.3，申请号公布号CN103674904A)中公开了一种红外特性测量中大气传输快速修正方法。该方法的主要步骤为：第一，设置计算参数；第二，选择气象模式；第三，根据所选的气象模式调用MODTRAN软件中相应的计算模型来进行大气传输参数计算；第四，计算距离测量位置不同观测高度和水平投影距离位置点的大气透过率和背景辐射亮度；第五，调用计算出的大气透过率和背景辐射亮度网格数据表格，对数据进行查分，得出不同观测仰角和观测距离点的大气透过率和背景辐射亮度变化的曲线。该方法存在的不足之处是：该方法辐射传输几何参数计算间隔太小，计算的数据量太大，计算耗时。孙明明在其发表论文“红外场景的大气效应高效计算与仿真研究”(西安电子科技大学硕士论文2014年)中提出了一种计算大气参量的方法。该方法的主要步骤为：第一，设置气象参数；第二，MODTRAN预计算所选辐射传输几何参数下的大气透过率和大气路径辐射；第三，选取拟合函数形式；第四，采用麦夸特算法拟合大气透过率和大气路径辐射随路径长度变化的曲线；第五，对路径长度进行密集取值，生成仿真场景的大气参量查找表。该方法存在的不足之处是：大气参量的计算精度低，计算耗时，计算量大，计算场景中所有辐射传输几何路径的大气参量时，需遍历所有探测器海拔高度值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提出一种基于曲线拟合的大气参量查找表生成方法，本专利技术可以显著减小生成大规模光电三维场景的大气参量查找表的计算量，提高生成大气参量查找表的速度，计算精度高，方法简单实用，能满足大规模光电三维场景仿真的实时性要求。为实现上述目的，本专利技术的具体步骤如下：(1)设置曲线拟合仿真参数：(1a)设置曲线拟合的气象条件参数；(1b)设置曲线拟合仿真波段；(1c)将与大气参量关联的探测器海拔高度、视线天顶角、路径长度设置为MODTRAN软件中的辐射传输几何路径参数；(1d)将待仿真场景的几何尺度作为探测器海拔高度的最大值、视线天顶角的最大值和路径长度的最大值；(2)将探测器视线天顶角的初始值赋值为0；(3)划分探测器海拔高度子区间：在探测器海拔高度取值范围[0.2，15.4]的区间内，将探测器海拔高度的划分为[0.2，4]、(4，7.8]、(7.8，11.6]、(11.6，15.4]四个子区间；(4)按照下式，分别计算四个高度分段子区间中的每个探测器海拔高度值：其中，hjM表示在第M个探测器海拔高度子区间内的第j个探测器海拔高度值，j在1≤j≤12中取整数值，hminM表示探测器海拔高度中第M个子区间的左端点；(5)计算路径长度最大有效值：(5a)按照下式，计算视线天顶角大于90度时，辐射在穿过大气的传输路径上不与地球表面相交的路径长度的最大有效值：其中，l'max表示辐射在穿过大气的传输路径上不与地球表面相交的路径长度的最大有效值，h表示探测器海拔高度，-表示负操作，θ表示视线天顶角，cos表示余弦操作；(5b)视线天顶角不大于90度时，令辐射在穿过大气的传输路径上不与地球表面相交的路径长度最大有效值等于路径长度最大值；(6)划分路径长度子区间：(6a)判断视线天顶角是否大于90度；若是，则执行步骤(6b)；否则，执行步骤(7)；(6b)按照下式，计算路径长度子区间分段点处的路径长度值：其中，lPART表示路径长度子区间分段点处的路径长度值；e表示自然常数，其值为2.71828；(6c)在路径长度的取值范围[0,l'max]的区间内，将路径长度划分为[0,lPART]和(lPART,l'max]两个路径长度子区间；(7)计算路径长度值：(7a)按照下式，计算区间[0,lPART]的路径长度的起始长度控制因子：其中，pstart表示区间[0,lPART]的路径长度子的起始路径长度控制因子；(7b)按照下式，计算在区间[0,lPART]中选取的路径长度控制因子的个数：其中，Q表示在区间[0,lPART]中选取的路径长度因子个数，[]表示向下取整；(7c)按照下式，计算视线天顶角大于90度，区间[0,lPART]中选取的每个路径长度控制因子中的第q个路径长度控制因子：其中，pq表示视线天顶角大于90度，在路径长度子区间[0,lPART]中选取的Q个路径长度控制因子中的第q个路径长度控制因子，pq中的q在1≤q≤Q中取整数值，pq-1表示在区间[0,lPART]中总共选取的Q个路径长度控制因子中的第q-1个路径长度控制因子，pq-1中的q在1＜q≤Q中取整数值；(7d)按照下式，计算视线天顶角大于90度时，区间(lPART,l'max]的终止路径长度控制因子：其中，pend表示路径长度子区间(lPART,l'max]的终止路径长度控制因子；(7e)按照下式，计算视线天顶角大于90度时，区间[0,lPART]中的每个路径长度值：其中，lq表示在区间[0,lPART]中所选取的每个路径长度值中的第q个路径长度值，q在1≤q≤Q取整数值；(7f)按照下式，计算视线天顶角大于90度，在区间(lPART,l'max]中选取的每个路径长度控制因子中的第r个路径长度控制因子：其中，pr表示视线天顶角大于90度，在路径长度子区间(lPART,l'max]中选取的每个路径长度控制因子中的第r个路径长度控制因子，pr中的r在1≤r≤R中取整数值，pr-1表示视线天顶角大于90度，在区间(lPART,l'max]中选取的每个路径长度控制因子中的第r-1个路径长度控制因子，pr-1中的r在1＜r≤R中取整数值，R表示在区间(lPART,l'max]中选取的路径长度控制因子的个数，当h＜2.6km时，R等于7，当h≥2.6km时，R等于9；(7g)按照下式，分别计算视线天顶角大于90度时区间(lPART,l'max]中的每个路径长度值：其中，lr表示在区间(lPART,l'max]中所选取的每个路径长度值中的第r个路径长度值，r在1≤r≤R取整数值；(7h)按照下式，计算视线天顶角不大于90度时路径长度的取值范围[0,l'max]中的每个路径的长度：其中，ln表示路径长度的取值范围[0,l'max]中所选取的每个路径长度值中的第n个路径的长度值；(8)计算大气参量：(8a)将辐射传输几何路径参数(θ,hjM,lq)和(θ,hjM,lr)输入MODTRAN软件中，分别计算视线天顶角大于90度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于曲线拟合的大气参量查找表生成方法，包括如下步骤：(1)设置曲线拟合仿真参数：(1a)设置曲线拟合的气象条件参数；(1b)设置曲线拟合仿真波段；(1c)将与大气参量关联的探测器海拔高度、视线天顶角、路径长度设置为MODTRAN软件中的辐射传输几何路径参数；(1d)将待仿真场景的几何尺度作为探测器海拔高度的最大值、视线天顶角的最大值和路径长度的最大值；(2)将探测器视线天顶角的初始值赋值为0；(3)划分探测器海拔高度子区间：在探测器海拔高度取值范围[0.2，15.4]的区间内，将探测器海拔高度的划分为[0.2，4]、(4，7.8]、(7.8，11.6]、(11.6，15.4]四个子区间；(4)按照下式，分别计算四个高度分段子区间中的每个探测器海拔高度值：

【技术特征摘要】
1.一种基于曲线拟合的大气参量查找表生成方法，包括如下步骤：(1)设置曲线拟合仿真参数：(1a)设置曲线拟合的气象条件参数；(1b)设置曲线拟合仿真波段；(1c)将与大气参量关联的探测器海拔高度、视线天顶角、路径长度设置为MODTRAN软件中的辐射传输几何路径参数；(1d)将待仿真场景的几何尺度作为探测器海拔高度的最大值、视线天顶角的最大值和路径长度的最大值；(2)将探测器视线天顶角的初始值赋值为0；(3)划分探测器海拔高度子区间：在探测器海拔高度取值范围[0.2，15.4]的区间内，将探测器海拔高度的划分为[0.2，4]、(4，7.8]、(7.8，11.6]、(11.6，15.4]四个子区间；(4)按照下式，分别计算四个高度分段子区间中的每个探测器海拔高度值：其中，hjM表示在第M个探测器海拔高度子区间内的第j个探测器海拔高度值，j在1≤j≤12中取整数值，hminM表示探测器海拔高度中第M个子区间的左端点；(5)计算路径长度最大有效值：(5a)按照下式，计算视线天顶角大于90度时，辐射在穿过大气的传输路径上不与地球表面相交的路径长度的最大有效值：其中，l'max表示辐射在穿过大气的传输路径上不与地球表面相交的路径长度的最大有效值，h表示探测器海拔高度，-表示负操作，θ表示视线天顶角，cos表示余弦操作；(5b)视线天顶角不大于90度时，令辐射在穿过大气的传输路径上不与地球表面相交的路径长度最大有效值等于路径长度最大值；(6)划分路径长度子区间：(6a)判断视线天顶角是否大于90度；若是，则执行步骤(6b)；否则，执行步骤(7)；(6b)按照下式，计算路径长度子区间分段点处的路径长度值：其中，lPART表示路径长度子区间分段点处的路径长度值；e表示自然常数，其值为2.71828；(6c)在路径长度的取值范围[0,l'max]的区间内，将路径长度划分为[0,lPART]和(lPART,l'max]两个路径长度子区间；(7)计算路径长度值：(7a)按照下式，计算区间[0,lPART]的路径长度的起始长度控制因子：其中，pstart表示区间[0,lPART]的路径长度子的起始路径长度控制因子；(7b)按照下式，计算在区间[0,lPART]中选取的路径长度控制因子的个数：其中，Q表示在区间[0,lPART]中选取的路径长度因子个数，[]表示向下取整；(7c)按照下式，计算视线天顶角大于90度，区间[0,lPART]中选取的每个路径长度控制因子中的第q个路径长度控制因子：其中，pq表示视线天顶角大于90度，在路径长度子区间[0,lPART]中选取的Q个路径长度控制因子中的第q个路径长度控制因子，pq中的q在1≤q≤Q中取整数值，pq-1表示在区间[0,lPART]中总共选取的Q个路径长度控制因子中的第q-1个路径长度控制因子，pq-1中的q在1＜q≤Q中取整数值；(7d)按照下式，计算视线天顶角大于90度时，区间(lPART,l'max]的终止路径长度控制因子：其中，pend表示路径长度子区间(lPART,l'max]的终止路径长度控制因子；(7e)按照下式，计算视线天顶角大于90度时，区间[0,lPART]中的每个路径长度值：其中，lq表示在区间[0,lPART]中所选取的每个路径长度值中的第q个路径长度值，q在1≤q≤Q取整数值；(7f)按照下式，计算视线天顶角大于90度，在区间(lPART,l'max]中选取的每个路径长度控制因子中的第r个路径长度控制因子：其中，pr表示视线天顶角大于90度，在路径长度子区间(lPART,l'max]中选取的每个路径长度控制因子中的第r个路径长度控制因子，pr中的r在1≤r≤R中取整数值，pr-1表示视线天顶角大于90度，在区间(lPART,l'max]中选取的每个路径长度控制因子中的第r-1个路径长度控制因子，pr-1中的r在1＜r≤R中取整数值，R表示在区间(lPART,l'max]中选取的路径长度...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄曦，张弛，吴鑫，刘德连，张建奇，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61