基于DeepInSight大氣模型對紅外輻射測量精度研究*

李桂芝 王 昊 韓 璐

（中國人民解放軍92941部隊 葫蘆島 125000）

1 引言

軍用光電測控發展至今，已經不僅僅局限于傳統的外彈道測量，脫靶量測量和圖像獲取，針對飛行中的目標的可見光光度測量，散射特性測量以及紅外輻射特性測量，對目標識別具有重要的現實意義[1～4]。縱觀世界各國軍事強國特別是美國和俄羅斯，已經建立相當完備的特性測量體系，縱向涵蓋了天基，空基，路基以及海基，波段覆蓋紫外，可見光和紅外。最重要的是，其具有完善的飛行軌跡以及測量數據。為此進入新世紀以后，我國也加快了目標紅外特性數據庫建設與完善[5～8]。

本文從紅外輻射特性測量系統得到的紅外圖像，反演得到目標的紅外輻射特性數據。輻射特性測量的精度通常受三個模塊的影響，包括輻射能與系統輸出響應關系即輻射定標；觀測目標與系統之間的大氣透過率和大氣程輻射即大氣傳輸修正；目標本身特性包括表面材料結構特性、發射率特性，投影面積等。需要強調的是，在當前階段，目標紅外輻射特性測量精度發展長期受大氣傳輸修正所困擾，無法得到很好的解決，而紅外大氣傳輸修正嚴重依賴于國外的大氣模型例如：MODTRON，HITRRAN，FASCODE等，雖然計算精度很高，都沒有基于我國的大氣模式進行修正[9～12]。

為此，本文以200mm口徑中波紅外輻射測量系統為主要研究工具，首先建立紅外輻射特性定標模型，得到全口徑全視場下的輻射定標函數關系。針對最影響紅外輻射特性測量精度的大氣傳輸修正因素，分別基于實時采集大氣數據的修正模型和經典的MODTRAN模型分別進行測試，并以輻射特性測量的精度，作為修正結果好壞的標準，實驗結果表明，基于實時大氣數據的DeepInSight精度優于經典的MODTRAN模型計算精度，為我國紅外輻射測量自主發展提供了思路。

2 紅外輻射定標基本原理

紅外輻射定標是實現目標紅外輻射特性數據反演的重要步驟，輻射紅外圖像到表面輻射亮度的轉換取決于幾個因素，包括路徑透射率、大氣輻射、光學輻射和系統響應等因素，紅外輻射標定可以消除測量自身的誤差。隨著面源黑體技術的不斷成熟，近距離擴展源定標法成為最為常見的輻射定標方法。擴展源輻射定標法主要是理想標準面源黑體實現對系統的逐點定標，該方法的優點在于一次性實現全靶面定標，而且面源黑體升溫速率快，定標效率高[13]。

輻射定標的能量傳遞關系可以為

1929年8月，國立北平圖書館編纂委員會正式成立。《國立北平圖書館組織大綱》規定，在各業務部門之外，“因學術上之必要，得設編纂委員會以編纂委員若干人組織之”［1］（45）。 1929 年兩館合并重組后，共設立過四個委員會，分別是國立北平圖書館委員會、建筑委員會（1931年撤銷）、購書委員會和編纂委員會。上述委員會與正、副館長，以及總務部、采訪部、編纂部、閱覽部、善本部、金石部、輿圖部、期刊部等8個業務部門共同形成了一個完整的組織結構（見圖1）。

圖1 近距離面源黑體定標法

首先建立紅外測量系統與目標表面輻射亮度的函數關系：

式中，λ1～λ2為紅外系統的響應波段，T為理想黑體的工作溫度，C1和C2分別為第一、第二輻射常數。

其中，Lp(T)=LBB(T)ε(T)τatm+Lpath，R為系統的響應增益，B為系統的響應偏置；LBB(T)為標準輻射源的輻射亮度，其單位為 W·m-2·sr-1，ε(T)為目標的發射率，τatm為目標與測量系統的大氣透過率，Lpath為目標與測量系統的路徑輻射，其單位為W ·m-2·sr-1。

其中，αλ為吸收系數，γλ為散射系數。吸收主要考慮各種氣體分子包括水蒸氣、二氧化碳、臭氧、氮氧化物等非對稱分子的影響。散射主要包括云、煙、霧、等氣溶膠的影響。氣體分子的測量主要依賴于當地大氣模式，結合任務測量期間的溫度，濕度，壓強，風速等進行計算，氣溶膠和水汽則依賴于激光雷達、太陽光度計和能見度儀的參數進行計算。

1）輻射定標因素，主要包括輻射增益R和響應偏置B；

在聚烯烴材料中，抗氧劑用量最廣泛的是1010，分子式如圖1所示。它能有效地防止聚合物材料在長期老化過程中的熱氧化降解，并且由于每個分子上有4個受阻酚官能團，因此具有高效的抗氧化能力。

其中：

本文旨在研究紅外蒸汽烤制對烤鴨理化品質的作用，探索烤制過程中烤制溫度、蒸汽烤制時間和蒸汽噴射時間等因素對烤鴨品質的影響，通過單因素試驗和正交試驗，得到最佳工藝參數。在保證烤鴨傳統風味的基礎上，實現低耗損，低排放，低危害物含量，提高產品品質，為工業化、連續化生產提供指導。

3 DeepInSight與MONTRAN模式分析

3）光學成像因素，獲取目標灰度G。

其中，x為路徑距離，βλ為光譜的消光系數，消光系數又包括吸收系數和散射系數，即：

從（表2）可以看出陪護人員不在身邊的共有10例，陪護人員在身邊13例。 06：00AM—07：00AM，09：00AM—11：00AM及04：00PM—08：00PM即早中晚患者用餐后由于陪護離開病房去就餐是高發的時段。陪護在患者身邊主要集中在02：00AM—05：00AM和01：00PM—02：00PM陪護休息的兩個時間段 。

阿奇霉素1.0g單次頓服;或紅霉素500mg,每天4次,共7天;或多西環素100mg,每天2次,共7~10天;或氧氟沙星300mg,每天2次,共7天。

圖2 DeepInSight系統結構圖

經典的MONTRAN，設定美國1986年標準大氣、中緯度冬季、夏季等有限幾種大氣模式；其氣溶膠模型集成的簡單的氣溶膠模型，如鄉村、沙塵等；輻射傳輸算法，基于早期二流模型而來，對于大氣散射計算精度較粗，后期為訂正二流框架的缺陷，采用DISORT進行多次散射訂正，但其整體框架并未改變。而DeepInSight集成了目標區域的0.25*0.25°逐時的月均逐時數據，更符合實際目標區的大氣背景參數情景；在氣溶膠模型方面，集成了目標區域的0.5*0.5°逐時的15種氣溶膠類型及其垂直分布，這些數據基于模式、衛星、地面觀測資料（激光雷達）統計得到，并實時計算氣溶膠的光學特性，與輻射傳輸算法有機融合，更符合實際目標區的氣溶膠情景，在傳輸修正算法方面，DeepInSight模式框架采用高精度的數值離散方法，從原理上就考慮了不同大氣介質和光譜對于多次散射計算的需求，本質上是基于具有高精度多次散射計算的物理和數學原理而來，綜上所述可知，DeepInSight具有更高的計算精度。

自然災害突發事件：自然災害是指給人類生存帶來危害或損害人類生活環境的自然現象。例如：火災、地震、海嘯、泥石流等的自然災害，自然災害突發狀況有部分是可提前預知的，有部分為提前不可預知。旅游類志愿者在培訓中也應該有所學習，在面臨自然災害突發事件時如何引導、解決與處理。

為驗證基于我國典型大氣模式以及實時大氣采集數據的DeepInSight和經典地大氣傳輸修正模式MODTRAN在紅外輻射測量的修正精度的高低，驗證試驗采用制冷型的200mm口徑的中波紅外輻射測量系統在水平方向上1.5km進行輻射測量實驗。所采用紅外輻射測量系統的具體指標如表2所示。

式（1）可以表示為

2）大氣傳輸修正因素主要包括大氣透過率τ和大氣路徑輻射Lpath；

大氣透過率τatm表述的輻射能經過大氣吸收和散射的衰減程度，可以表述為

因此其誤差定量描述為

大量測量數據統計表明，其系統測量誤差可以在表1中給出。

表1 輻射測量誤差分析

上述分析可知，影響輻射測量精度的主要是大氣傳輸修正包括大氣分子和氣溶膠對目標的輻射產生的吸收和散射，以及大氣本身程輻射的影響。實際工程應用中，本文采用大氣修正DeepInSight，采用我國典型的大氣模式結合實時采集的氣象站，能見度，激光雷達數據、太陽輻射計以及天基當地衛星數據進行計算大氣透過率和程輻射，而MODTRAN采用經典的大氣傳輸修正模式計算大氣透過率和程輻射。為此，對比DeepInSight和MODTRAN的大氣透過率和程輻射的計算結果，并利用輻射測量的結果作為修正精度結果的判定。

4 輻射測量實驗與精度驗證

從理論上進行分析，根據式（2）可知，影響紅外輻射測量的因素主要有：

表2 紅外輻射測量系統參數

在進行輻射測量前，首先完成輻射定標，定標采用240mm*240mm的高精度黑體進行定標，采用黑體的參數如表3所示。

綜上所述，現有文獻尚未探討產品認知程度、環保認同度、價格差異接受度等綜合因素而影響支付意愿差異的再制造產品市場需求預測研究。本文考慮到消費者對產品的認知程度等心理感受，消費者的環保意識，以及消費者對價格的敏感程度來進行市場需求預測。通過構建支付意愿效用函數，根據效用函數的大小來判斷消費者的購買行為，以此開展再制造產品市場需求預測。

表3 輻射黑體參數

采用近距離面源定標方法，利用定標黑體覆蓋紅外系統的口徑和視場，紅外系統設計5檔衰減片，輻射定標誤差分析，以一檔衰減片為例，積分時間采用4ms～8ms定標曲線如圖3所示，誤差如圖4所示。定標方程如表4所示。

表4 輻射定標結果

圖3 系統定標曲線

圖4 各個積分時間下的定標誤差

從上述定標曲線和誤差曲線如圖4可以看出，系統具有良好的響應特性，其在各個積分時間下的輻射定標線性度誤差為0.93%。

紅外輻射測量時，將面源黑體置于距離紅外系統1.5km處，測量其輻射亮度。分別利用氣象站和能見度儀進行采集數據，并利用DeepInSight軟件計算其路徑的中波平均透過率為0.4319，程輻射為0.32W·m-2·sr-1，利用經典大氣模式MODTRAN軟件計算其路徑的中波平均透過率為0.5631，程輻射為0.39W·m-2·sr-1，其得到的光譜曲線如圖5所示。

圖5 MODTRAN和DeepInSight計算的中波光譜透過率

將標準黑體溫度分別設置為40℃、50℃、60℃、70℃、80℃，放置在1.5km的位置，采用紅外光學測量系統進行觀測，觀測的圖像如圖6，并結合定標數據與傳輸修正數據進行測量結果反演。分別采用相同的定標數據，采用不同大氣模式，在不同的積分時間下，采用經典的MODTRAN軟件的輻射測量誤差為26.05%，其結果如表5和圖7所示，利用DeepInSight軟件的輻射測量誤差為2.756%，其結果如表6和圖8所示。

(二)離合詞“A了個B”與網絡語“A了(嘞)個B”在不同的語體中使用。前者一般在書面語體中或是在正規場合的口語中出現。而后者則主要出現在網絡即時工具聊天，網絡游戲或者網絡論壇中，不過現在也開始“入侵”到非正規場合的口語中，用以表示幽默和時髦。如：

圖6 輻射測量場景

表5 基于MODTRAN得到的輻射測量結果

表6 基于DeepInSight得到的輻射測量結果

圖7 基于DeepInSight的輻射測量結果與誤差

圖8 基于MODTRAN的輻射測量結果與誤差

5 結語

紅外輻射特性測量是信息化工程建設的重要組成之一，考慮到當前紅外輻射測量中，大氣傳輸修正的因素嚴重影響紅外輻射特性測量的精度，本文分別利用經典的MODTRAN和可輸入實時大氣參數我國的典型的大氣模式DeepInSight分別進行紅外輻射反演，并在1.5km進行測試，實驗結果表明，基于實時大氣參數和基于我國典型大氣模式的DeepInSight的輻射測量精度更為準確，為今后基于國產軟件的紅外輻射測量提供了更好的思路和應用。