一种基于目标辐射O制造技术

本发明专利技术公开了一种基于目标辐射O

【技术实现步骤摘要】
一种基于目标辐射O2吸收相关K分布法的被动测距方法
本专利技术涉及测距方法
，具体为一种基于目标辐射O2吸收相关K分布法的被动测距方法。
技术介绍
O2吸收被动测距技术是一种利用大气中O2A吸收带对目标近红外辐射的吸收实现对目标距离被动获取的单目被动测距技术，2000年美国OKSI公司与爱德华兹空军基地[Restprff,JB.Passiverangingusingmulti-colorinfrareddetectors.NavalSurfaceWeaponsCenter]一起提出了一些新的可利用气体吸收带，主要包括O2:762nm吸收带、CO2:2.0μm和4.3μm吸收带以及O3:4.7μm和9.6μm吸收带，并对这些吸收带的测距灵敏度、最小误差等特性进行了比较研究。H.Hasson于2002年首次提出，Hasson从理论角度法对利用O2分子吸收峰进行被动测距的概念进行了分析，并利用具有高光谱分辨率的法珀干涉仪对该方法进行了可行性验证[VictorH.Hasson,ChristopherR.Dupuis.PassiverangingthroughtheEarth’satmosphere.ProceedingsofSPIE,2002]；2005年，M.R.Hawks博士提出将O2762nm吸收带平均吸收率用于被动测距的测量方法，在分析了利用762nm带平均吸收率进行测距的理论基础上，建立了以带模式为基础的O2平均吸收率随机分布模型，并利用ABB-BomenMR254型傅里叶光谱仪，开展了对固体火箭发动机尾焰测距实验，通过实验证明了该测距方法的可行性。2010年，美国空军大学技术学院的R.Ansderson针对利用O2762nm吸收带测距容易饱和的问题，研究了O2690nm吸收带，分析比较了两个吸收带的吸收特性及测距能力，并随后利用ABB-BomenMR-304型傅里叶光谱仪，开展了一系列静态和动态试验，其中在对Falcon9运载火箭发射观察试验中，在长达90s的最大探测距离约为90km的跟踪探测过程中，最大测量误差<5％，平均测量误差<3％。在国外取得一系列重要研究成果的同时，国内许多院校和科研机构也已经对基于O2吸收的被动测距技术开展了理论研究和初步试验验证，中北大学对基于O2吸收特性被动测距的作用机理进行了详细研究、研究了O2吸收系数与温度、压强之间的依赖关系，并构建了基于Elsasser带模型和基于随机Malkmus带模型的平均O2透过率计算模型。安徽光机所利用通用辐射大气传输软件(CART)仿真分析了测量设备不同光谱分辨率对O2A带吸收率测量精度和最远测程的影响，通过仿真分析得出：对于利用吸收峰值测距而言，测量光谱分辨率越高，达到吸收饱和的距离远近，光谱分辨率越低，达到吸收饱和的距离越远；电子科技大学利用Modtran软件建立了透过率与路径长度、天顶角的数据库，以解决O2吸收被动测距的最大测程受吸收饱和限制问题。由此可见，基于O2吸收的被动测距技术作为一种精度高、测程远的新型被动测距技术必将成为未来被动测距技术研究的重点和热点，也将是实现被动测距技术在军事领域广泛应用的突破点。但是在光谱探测系统准确测得目标辐射光谱并完成O2吸收效率的提取后，快速准确的解算平均吸收率所对应的目标距离是实现实时被动测距的基础；目标距离能够实时解算主要取决于任意条件下任意路径上O2吸收效率的快速解算。K分布法(Kdistribution,KD)是一种用来计算一定波数范围内平均吸收率的方法，它通过吸收系数重排的方式，将波数空间繁杂的积分变换到吸收系数空间简单的高斯积分，从而实现了平均吸收率高效率、高精度的解算，相关K分布法(correlated-Kdistribution,CKD)则在KD法的基础上，合理假设了不同温度和压强下重排后吸收系数概率密度分布的相关性，进而成为了目前解决非均匀大气平均吸收率的重要方法，与传统的逐线积分算法相比，CKD法效率高，能够节省大量计算资源；与传统带模式法相比，CKD法不仅精度好，而且还可以直接用于解决带模式法无法解决的大气散射问题。正是因为CKD法在解算精度和解算效率上的优势，使之一经提出便成为了国内外学者研究的重点，在行星大气研究、遥感探测、辐射分析等领域得到了广泛的应用。Tsang利用CKD方法分析了金星大气近红外波段的多次散射问题；Caliot利用相关K分布法的改进算法对远距离高温H2O-CO2-CO混合气体的红外光谱进行了分析并成功实现对热喷流的遥感辨别；石广玉和张华将相关K分布法的计算效率大大提高并同时给出了CKD法解决非均匀路径的基本思想；尹雪梅和刘林华将CKD法用于高温尾噴焰的远程探测，大大提高了气体辐射特性的计算效率；魏合理等人利用CKD法成功实现了水汽宽吸收带光学透过率的快速解算，CKD算法的不断改进和其在众多领域的成功应用，使得CKD算法计算精度好、效率高的优点进一步成为学者关注的热点。本专利技术充分利用相关K分布法计算平均吸收率的优势，在曲面地球模型的基础上快速准确地建立实际大气内非均匀路径上O2平均吸收率与路径长度的数学模型；为O2吸收被动测距技术的进一步应用提供一定的理论支撑。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于目标辐射O2吸收相关K分布法的被动测距方法，具备快速准确、鲁棒、测程远、测距精度高且稳定的优点，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于目标辐射O2吸收相关K分布法的被动测距方法，包括以下步骤：S1、建立基于相关K分布法的O2吸收系数数据库；S2、利用温度、气压、海拔等环境参数传感器与可测量目标天顶角的探测跟踪系统获取被动测距所必须的环境及目标测量数据；S3、建立基于曲面地球模型的大气非均匀路径O2吸收效率与大气非均匀路径长度的关系模型；S4、通过光谱探测跟踪系统采集目标O2A吸收带附近的辐射光谱并解算目标辐射传输路径上的O2吸收效率。进一步优化本技术方案，所述步骤S1包含以下操作步骤：S1.1、读入HITRAN分子数据库中O2A吸收带在标准条件下430条谱线的谱线信息；S1.2、确定选取大气层温度和气压范围内的温度采样点和气压采样点；S1.3、利用逐线积分方法和非标准条件下谱线强度计算方法计算不同温度和气压(T,P)组合下430条谱线展宽后在指定波数范围各个波数上线强叠加；S1.4、利用相关K分布法对S1.3中叠加的谱线线强分布进行重排，计算该谱段内谱线线强的累积概率分布曲线并取样；S1.5、将所有温度和气压(T,P)组合的累积概率分布曲线取样点处的吸收系数和概率分布组合成按照温度和气压进行查询并可插值求解的吸收系数数据库。进一步优化本技术方案，所述步骤S1.1中标准条件为温度＝296K，气压＝101325Pa，所述谱线信息为谱线中心频率、谱线强度、自增宽半宽、空气增宽半宽以及空气增宽温度依赖指数。进一步优化本技术方案，所述步骤S1.3中根据标准状态下谱线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于目标辐射O

【技术特征摘要】
1.一种基于目标辐射O2吸收相关K分布法的被动测距方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、建立基于相关K分布法的O2吸收系数数据库；
S2、利用温度、气压、海拔等环境参数传感器与可测量目标天顶角的探测跟踪系统获取被动测距所必须的环境及目标测量数据；
S3、建立基于曲面地球模型的大气非均匀路径O2吸收效率与大气非均匀路径长度的关系模型；
S4、通过光谱探测跟踪系统采集目标O2A吸收带附近的辐射光谱并解算目标辐射传输路径上的O2吸收效率。


2.根据权利要求1所述的一种基于目标辐射O2吸收相关K分布法的被动测距方法，其特征在于，所述步骤S1包含以下操作步骤：
S1.1、读入HITRAN分子数据库中O2A吸收带在标准条件下430条谱线的谱线信息；
S1.2、确定选取大气层温度和气压范围内的温度采样点和气压采样点；
S1.3、利用逐线积分方法和非标准条件下谱线强度计算方法计算不同温度和气压(T,P)组合下430条谱线展宽后在指定波数范围各个波数上线强叠加；
S1.4、利用相关K分布法对S1.3中叠加的谱线线强分布进行重排，计算该谱段内谱线线强的累积概率分布曲线并取样；
S1.5、将所有温度和气压(T,P)组合的累积概率分布曲线取样点处的吸收系数和概率分布组合成按照温度和气压进行查询并可插值求解的吸收系数数据库。


3.根据权利要求2所述的一种基于目标辐射O2吸收相关K分布法的被动测距方法，其特征在于，所述步骤S1.1中标准条件为温度＝296K，气压＝101325Pa，所述谱线信息为谱线中心频率、谱线强度、自增宽半宽、空气增宽半宽以及空气增宽温度依赖指数。


4.根据权利要求2所述的一种基于目标辐射O2吸收相关K分布法的被动测距方法，其特征在于，所述步骤S1.3中根据标准状态下谱线参数与非标准状态下的谱线参数之间关系通过理论按照下面公式进行外推：



式中：SV(P0,T0)为单个O2分子在标准状态下的线强；T0和P0分别为标准条件下的温度和气压；T和P分别为需要计算的非标准条件下...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫宗群，王顺，杨建昌，易瑔，谢志宏，李萍，吴健，李杰，孟祥伟，张瑜，史云胜，赵越，陈静华，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军装甲兵学院，
类型：发明
国别省市：北京;11