基于DeepInSight大气模型对红外辐射测量精度研究*

李桂芝 王 昊 韩 璐

（中国人民解放军92941部队 葫芦岛 125000）

1 引言

军用光电测控发展至今，已经不仅仅局限于传统的外弹道测量，脱靶量测量和图像获取，针对飞行中的目标的可见光光度测量，散射特性测量以及红外辐射特性测量，对目标识别具有重要的现实意义[1～4]。纵观世界各国军事强国特别是美国和俄罗斯，已经建立相当完备的特性测量体系，纵向涵盖了天基，空基，路基以及海基，波段覆盖紫外，可见光和红外。最重要的是，其具有完善的飞行轨迹以及测量数据。为此进入新世纪以后，我国也加快了目标红外特性数据库建设与完善[5～8]。

本文从红外辐射特性测量系统得到的红外图像，反演得到目标的红外辐射特性数据。辐射特性测量的精度通常受三个模块的影响，包括辐射能与系统输出响应关系即辐射定标；观测目标与系统之间的大气透过率和大气程辐射即大气传输修正；目标本身特性包括表面材料结构特性、发射率特性，投影面积等。需要强调的是，在当前阶段，目标红外辐射特性测量精度发展长期受大气传输修正所困扰，无法得到很好的解决，而红外大气传输修正严重依赖于国外的大气模型例如：MODTRON，HITRRAN，FASCODE等，虽然计算精度很高，都没有基于我国的大气模式进行修正[9～12]。

为此，本文以200mm口径中波红外辐射测量系统为主要研究工具，首先建立红外辐射特性定标模型，得到全口径全视场下的辐射定标函数关系。针对最影响红外辐射特性测量精度的大气传输修正因素，分别基于实时采集大气数据的修正模型和经典的MODTRAN模型分别进行测试，并以辐射特性测量的精度，作为修正结果好坏的标准，实验结果表明，基于实时大气数据的DeepInSight精度优于经典的MODTRAN模型计算精度，为我国红外辐射测量自主发展提供了思路。

2 红外辐射定标基本原理

红外辐射定标是实现目标红外辐射特性数据反演的重要步骤，辐射红外图像到表面辐射亮度的转换取决于几个因素，包括路径透射率、大气辐射、光学辐射和系统响应等因素，红外辐射标定可以消除测量自身的误差。随着面源黑体技术的不断成熟，近距离扩展源定标法成为最为常见的辐射定标方法。扩展源辐射定标法主要是理想标准面源黑体实现对系统的逐点定标，该方法的优点在于一次性实现全靶面定标，而且面源黑体升温速率快，定标效率高[13]。

辐射定标的能量传递关系可以为

1929年8月，国立北平图书馆编纂委员会正式成立。《国立北平图书馆组织大纲》规定，在各业务部门之外，“因学术上之必要，得设编纂委员会以编纂委员若干人组织之”［1］（45）。 1929 年两馆合并重组后，共设立过四个委员会，分别是国立北平图书馆委员会、建筑委员会（1931年撤销）、购书委员会和编纂委员会。上述委员会与正、副馆长，以及总务部、采访部、编纂部、阅览部、善本部、金石部、舆图部、期刊部等8个业务部门共同形成了一个完整的组织结构（见图1）。

图1 近距离面源黑体定标法

首先建立红外测量系统与目标表面辐射亮度的函数关系：

式中，λ1～λ2为红外系统的响应波段，T为理想黑体的工作温度，C1和C2分别为第一、第二辐射常数。

其中，Lp(T)=LBB(T)ε(T)τatm+Lpath，R为系统的响应增益，B为系统的响应偏置；LBB(T)为标准辐射源的辐射亮度，其单位为 W·m-2·sr-1，ε(T)为目标的发射率，τatm为目标与测量系统的大气透过率，Lpath为目标与测量系统的路径辐射，其单位为W ·m-2·sr-1。

其中，αλ为吸收系数，γλ为散射系数。吸收主要考虑各种气体分子包括水蒸气、二氧化碳、臭氧、氮氧化物等非对称分子的影响。散射主要包括云、烟、雾、等气溶胶的影响。气体分子的测量主要依赖于当地大气模式，结合任务测量期间的温度，湿度，压强，风速等进行计算，气溶胶和水汽则依赖于激光雷达、太阳光度计和能见度仪的参数进行计算。

1）辐射定标因素，主要包括辐射增益R和响应偏置B；

在聚烯烃材料中，抗氧剂用量最广泛的是1010，分子式如图1所示。它能有效地防止聚合物材料在长期老化过程中的热氧化降解，并且由于每个分子上有4个受阻酚官能团，因此具有高效的抗氧化能力。

其中：

本文旨在研究红外蒸汽烤制对烤鸭理化品质的作用，探索烤制过程中烤制温度、蒸汽烤制时间和蒸汽喷射时间等因素对烤鸭品质的影响，通过单因素试验和正交试验，得到最佳工艺参数。在保证烤鸭传统风味的基础上，实现低耗损，低排放，低危害物含量，提高产品品质，为工业化、连续化生产提供指导。

3 DeepInSight与MONTRAN模式分析

3）光学成像因素，获取目标灰度G。

其中，x为路径距离，βλ为光谱的消光系数，消光系数又包括吸收系数和散射系数，即：

从（表2）可以看出陪护人员不在身边的共有10例，陪护人员在身边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护离开病房去就餐是高发的时段。陪护在患者身边主要集中在02：00AM—05：00AM和01：00PM—02：00PM陪护休息的两个时间段 。

阿奇霉素1.0g单次顿服;或红霉素500mg,每天4次,共7天;或多西环素100mg,每天2次,共7~10天;或氧氟沙星300mg,每天2次,共7天。

图2 DeepInSight系统结构图

经典的MONTRAN，设定美国1986年标准大气、中纬度冬季、夏季等有限几种大气模式；其气溶胶模型集成的简单的气溶胶模型，如乡村、沙尘等；辐射传输算法，基于早期二流模型而来，对于大气散射计算精度较粗，后期为订正二流框架的缺陷，采用DISORT进行多次散射订正，但其整体框架并未改变。而DeepInSight集成了目标区域的0.25*0.25°逐时的月均逐时数据，更符合实际目标区的大气背景参数情景；在气溶胶模型方面，集成了目标区域的0.5*0.5°逐时的15种气溶胶类型及其垂直分布，这些数据基于模式、卫星、地面观测资料（激光雷达）统计得到，并实时计算气溶胶的光学特性，与辐射传输算法有机融合，更符合实际目标区的气溶胶情景，在传输修正算法方面，DeepInSight模式框架采用高精度的数值离散方法，从原理上就考虑了不同大气介质和光谱对于多次散射计算的需求，本质上是基于具有高精度多次散射计算的物理和数学原理而来，综上所述可知，DeepInSight具有更高的计算精度。

自然灾害突发事件：自然灾害是指给人类生存带来危害或损害人类生活环境的自然现象。例如：火灾、地震、海啸、泥石流等的自然灾害，自然灾害突发状况有部分是可提前预知的，有部分为提前不可预知。旅游类志愿者在培训中也应该有所学习，在面临自然灾害突发事件时如何引导、解决与处理。

为验证基于我国典型大气模式以及实时大气采集数据的DeepInSight和经典地大气传输修正模式MODTRAN在红外辐射测量的修正精度的高低，验证试验采用制冷型的200mm口径的中波红外辐射测量系统在水平方向上1.5km进行辐射测量实验。所采用红外辐射测量系统的具体指标如表2所示。

式（1）可以表示为

2）大气传输修正因素主要包括大气透过率τ和大气路径辐射Lpath；

大气透过率τatm表述的辐射能经过大气吸收和散射的衰减程度，可以表述为

因此其误差定量描述为

大量测量数据统计表明，其系统测量误差可以在表1中给出。

表1 辐射测量误差分析

上述分析可知，影响辐射测量精度的主要是大气传输修正包括大气分子和气溶胶对目标的辐射产生的吸收和散射，以及大气本身程辐射的影响。实际工程应用中，本文采用大气修正DeepInSight，采用我国典型的大气模式结合实时采集的气象站，能见度，激光雷达数据、太阳辐射计以及天基当地卫星数据进行计算大气透过率和程辐射，而MODTRAN采用经典的大气传输修正模式计算大气透过率和程辐射。为此，对比DeepInSight和MODTRAN的大气透过率和程辐射的计算结果，并利用辐射测量的结果作为修正精度结果的判定。

4 辐射测量实验与精度验证

从理论上进行分析，根据式（2）可知，影响红外辐射测量的因素主要有：

表2 红外辐射测量系统参数

在进行辐射测量前，首先完成辐射定标，定标采用240mm*240mm的高精度黑体进行定标，采用黑体的参数如表3所示。

综上所述，现有文献尚未探讨产品认知程度、环保认同度、价格差异接受度等综合因素而影响支付意愿差异的再制造产品市场需求预测研究。本文考虑到消费者对产品的认知程度等心理感受，消费者的环保意识，以及消费者对价格的敏感程度来进行市场需求预测。通过构建支付意愿效用函数，根据效用函数的大小来判断消费者的购买行为，以此开展再制造产品市场需求预测。

表3 辐射黑体参数

采用近距离面源定标方法，利用定标黑体覆盖红外系统的口径和视场，红外系统设计5档衰减片，辐射定标误差分析，以一档衰减片为例，积分时间采用4ms～8ms定标曲线如图3所示，误差如图4所示。定标方程如表4所示。

表4 辐射定标结果

图3 系统定标曲线

图4 各个积分时间下的定标误差

从上述定标曲线和误差曲线如图4可以看出，系统具有良好的响应特性，其在各个积分时间下的辐射定标线性度误差为0.93%。

红外辐射测量时，将面源黑体置于距离红外系统1.5km处，测量其辐射亮度。分别利用气象站和能见度仪进行采集数据，并利用DeepInSight软件计算其路径的中波平均透过率为0.4319，程辐射为0.32W·m-2·sr-1，利用经典大气模式MODTRAN软件计算其路径的中波平均透过率为0.5631，程辐射为0.39W·m-2·sr-1，其得到的光谱曲线如图5所示。

图5 MODTRAN和DeepInSight计算的中波光谱透过率

将标准黑体温度分别设置为40℃、50℃、60℃、70℃、80℃，放置在1.5km的位置，采用红外光学测量系统进行观测，观测的图像如图6，并结合定标数据与传输修正数据进行测量结果反演。分别采用相同的定标数据，采用不同大气模式，在不同的积分时间下，采用经典的MODTRAN软件的辐射测量误差为26.05%，其结果如表5和图7所示，利用DeepInSight软件的辐射测量误差为2.756%，其结果如表6和图8所示。

(二)离合词“A了个B”与网络语“A了(嘞)个B”在不同的语体中使用。前者一般在书面语体中或是在正规场合的口语中出现。而后者则主要出现在网络即时工具聊天，网络游戏或者网络论坛中，不过现在也开始“入侵”到非正规场合的口语中，用以表示幽默和时髦。如：

图6 辐射测量场景

表5 基于MODTRAN得到的辐射测量结果

表6 基于DeepInSight得到的辐射测量结果

图7 基于DeepInSight的辐射测量结果与误差

图8 基于MODTRAN的辐射测量结果与误差

5 结语

红外辐射特性测量是信息化工程建设的重要组成之一，考虑到当前红外辐射测量中，大气传输修正的因素严重影响红外辐射特性测量的精度，本文分别利用经典的MODTRAN和可输入实时大气参数我国的典型的大气模式DeepInSight分别进行红外辐射反演，并在1.5km进行测试，实验结果表明，基于实时大气参数和基于我国典型大气模式的DeepInSight的辐射测量精度更为准确，为今后基于国产软件的红外辐射测量提供了更好的思路和应用。