地海环境光学特性建模与实验测试验证

作     者：孟东惠 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曹运华

授予年度：2020年

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 08[工学] 0803[工学-光学工程] 0702[理学-物理学] 

主      题：地海环境 光学特性建模 BRDF 实验测试验证 

摘      要：地海环境辐射散射的光学特性建模与测试验证研究,在目标探测与遥感等领域具有重要的理论意义和实用价值。地海环境的辐射与散射场,对目标探测的影响有两个方面:1)地海环境的辐射与散射场作为目标探测的噪声,会影响目标探测的信噪比;2)地海环境的辐射与散射场,照射到目标上,会提高目标辐射散射场的值,提高目标探测的信噪比。在地物遥感方面,地海环境的辐射与散射特性更是遥感探测的信号源,地海环境辐射散射特性的研究可以应用于遥感探测器辅助设计、遥感数据信号处理以及遥感图像的分类与识别等领域。本论文的主要内容有:1.在海浪谱模型的基础上利用线性滤波法建立了三维海面的几何模型。基于Cox-Munk模型,建立了各向异性海面的发射率和BRDF模型,分析了随风速、风向、波长、入射和散射方位的变化规律。研究了海面对阳光和地球大气系统辐射的散射以及自身辐射特性,建立了低海情海面亮度成像模型,分析了海面辐射亮度各成分的贡献,以及海面亮度随观测天顶角、风速的变化规律。2.根据泡沫粒子和泡沫层的几何结构,结合等效介质层理论,建立了高海情覆盖泡沫海面的红外辐射与散射模型。分析了无泡沫海面、泡沫、覆盖泡沫海面的发射率和BRDF随风速、观测天顶角的变化规律,并建立了高海情海面的亮度模型,分析了高海情海面亮度随风速、观测天顶角和波长的变化规律。3.使用MODIS卫星数据研究地表环境的辐射与散射特性,利用MCD12C1分析了全球地表覆盖种类的分布以及所占的比例;利用MOD11C1产品建立了典型地物发射率模型;根据MCD43C1产品及线性核驱动BRDF模型,得到了典型地物的BDRF模型;最后完成了对朗伯地表和非朗伯地表光谱辐射/散射模型的建模。4.基于海洋背景辐射特性测试实验和典型地物散射特性测试实验,分别对可见光波段和红外波段的实验数据进行不同的定标处理,统计分析了海洋、草地、沙滩的亮度分布,最后结合实验观测的气象数据分别计算了不同时间不同地表的辐射特性,并与实验结果吻合较好。