一种基于MODTRAN优化的红外成像仿真方法与流程

一种基于modtran优化的红外成像仿真方法
技术领域
1.本发明涉及一种红外成像仿真方法，具体涉及一种基于modtran优化的红外成像仿真方法。


背景技术：

2.为了使天空背景辐射强度光谱分布最终生成红外探测器焦平面上背景辐射功率分布图像，需要对天空背景辐射各影响因素进行分析，建立准确的背景辐射到探测器光学系统焦平面的辐射能量传输模型。本文利用modtran软件进行红外仿真，对天顶角进行优化，因为设置观测几何模型时，如果一般观测范围较大时，计算量很大重复工作高。精度略微降低，建立了背景辐射到探测器光学系统焦平面的辐射能量传输模型，给出了天空背景在焦平面上的辐射功率计算方法，利用天空背景辐射功率分布生成其红外图像。并在红外仿真建模过程中，建立观测几何条件时，面对观测天顶角或太阳天顶角范围大角度多的情况下，对已有的天顶角范围进行优化，得到范围内一个或多个合理的天顶角角度。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是在使用modtran大气辐射传输仿真软件的过程中，在设置观测几何模型时，若观测范围较大时，计算量很大，重复工作高。精度略微降低，目的在于提供一种基于modtran优化的红外成像仿真方法，解决上述的问题。
4.本发明通过下述技术方案实现：s1：根据大气路径辐射亮度、大气透过率、太阳辐射照度、地球辐射照度、天空背景辐照度这五个类型，确定需要进行优化的天顶角类型，优化类型包括观测天顶角和太阳天顶角两类； s2：通过优化的天顶角类型对观测天顶角优化或太阳天顶角的范围进行优化，通过查询优化方法表，确定具体天顶角；s3：调用modtran软件根据优化后的天顶角设置观测几何条件，再通过探测器入瞳处接收的目标红外辐照度公式进行计算产生结果，并将结果输出。
5.进一步地，所述步骤s2中的优化方法表包括计算类型、优化方式和备注信息三大类，其中计算类型包括大气路径辐射亮度、大气透过率、太阳辐射照度、地球辐射照度、天空背景辐照度。
6.进一步地，所述大气路径辐射亮度的优化方式为当观测天顶角在0
‑
19度范围内，取10度；当观测天顶角在 20
‑
34度范围内，取27度； 当观测天顶角在 35
‑
44度范围内，取40度；当观测天顶角在 45
‑
54度范围内，取50度；当观测天顶角在 55
‑
64度范围内，取60度；当观测天顶角在 65
‑
79度范围内，向下取奇数的观测天顶角；观测天顶角超过90度时，关于90度中心对称。
7.进一步地，所述大气透过率的优化方式为当观测天顶角在0
‑
29度范围内，取15度；当观测天顶角在 30
‑
44度范围内，取37度； 当观测天顶角在 45
‑
54度范围内，取50度；当观测天顶角在 55
‑
59度范围内，取57度；当观测天顶角在 60
‑
69度范围内，向下取偶数的观测天顶角；观测天顶角超过90度时，关于90度中心对称。
8.进一步地，所述太阳辐射照度的优化方式为当太阳天顶角在0
‑
30度范围内，取15度；当太阳天顶角在30
‑
39度范围内，取esun_30
‑
（esun_30
ꢀ‑ꢀ
esun_40）*（x
‑
30）；当太阳天顶角在40
‑
49度范围内，取esun_40
‑
（esun_40
ꢀ‑ꢀ
esun_50）*（x
‑
40）；当太阳天顶角在50
‑
59度范围内，取esun_50
‑
（esun_50
ꢀ‑ꢀ
esun_60）*（x
‑
50）；当太阳天顶角在60
‑
69度范围内，取esun_60
‑
（esun_60
ꢀ‑ꢀ
esun_70）*（x
‑
60）；当太阳天顶角在70
‑
79度范围内，取esun_70
‑
（esun_70
ꢀ‑ꢀ
esun_80）*（x
‑
70）；其中，esun_x :x度下的太阳辐照度。
9.进一步地，所述地球辐射照度的优化方式为当观测天顶角在0
‑
29度范围内，取15度；当观测天顶角在30
‑
49度范围内，取40度；当观测天顶角在50
‑
64度范围内，取60度；当观测天顶角在 65
‑
79度范围内，向下取奇数的天顶角；观测天顶角超过90
‑
180度时，关于90度中心对称。
10.进一步地，所述天空背景辐照度的优化方式为当观测天顶角在0
‑
19度范围内，取15度；当观测天顶角在20
‑
29度范围内，取25度；当观测天顶角在30
‑
39度范围内，取35度；当观测天顶角在 40
‑
49度范围内，取45度；当观测天顶角在50
‑
69度范围内，向下取偶数的天顶角；观测天顶角超过90
‑
180度时，关于90度中心对称。
11.进一步地，所述步骤s3中的目标红外辐照度公式为：其中，l
path
为大气路径辐射亮度；l
self
为目标的本征辐射亮度；e
sun
为太阳在目标蒙皮表面的辐射照度；e
earth
为地球在目标蒙皮表面的辐射照度；e
sky
为天空背景辐射在目标蒙皮表面的辐射照度； 为路径的大气平均透过率，无量纲； 为蒙皮对环境辐射的反射率。此处为brdf系数，sr
‑1。
12.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1、本发明一种基于modtran优化的红外成像仿真方法，通过本仿真方法能够在使用modtran大气辐射传输仿真软件的过程中，针对计算不同类型的辐射度或透过率时，在设置观测几何模型时，可以对观测天顶角、太阳天顶角或观测波段进行如下的方法进行优化。该方法在观测范围较大时，可以有效地减少计算量，同时不影响计算结果精度。
附图说明
13.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：图1为本发明仿真流程图。
具体实施方式
14.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
15.如图1所示，本发明一种基于modtran优化的红外成像仿真方法，所述方法包括如下步骤：s1：根据大气路径辐射亮度、大气透过率、太阳辐射照度、地球辐射照度、天空背景
辐照度这五个类型，确定需要进行优化的天顶角类型，优化类型包括观测天顶角和太阳天顶角两类； s2：通过优化的天顶角类型对观测天顶角优化或太阳天顶角的范围进行优化，通过查询优化方法表，确定具体天顶角；s3：调用modtran软件根据优化后的天顶角设置观测几何条件，再通过探测器入瞳处接收的目标红外辐照度公式进行计算产生结果，并将结果输出。
16.所述步骤s3中的目标红外辐照度公式为：其中，l
path
为大气路径辐射亮度；l
self
为目标的本征辐射亮度；e
sun
为太阳在目标蒙皮表面的辐射照度；e
earth
为地球在目标蒙皮表面的辐射照度；e
sky
为天空背景辐射在目标蒙皮表面的辐射照度；为路径的大气平均透过率，无量纲；为蒙皮对环境辐射的反射率。此处为brdf系数，sr
‑1。
17.所述步骤s2中的优化方法表由表1所示：
表1优化方法表在实际使用时，通过表1选取最佳的优化观测天顶角和太阳天顶角，可以快速的进行大角度、大范围的计算，增加计算速度并且保证计算精度，可以有效提高并且优化在modtran软件内的输出速度，提高工作效率。
18.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步
详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。