利用辐射光谱计算温度 matlab,一种将杂散光影响分析融入光机热集成分析的技术方法与流程...

本文主要是介绍利用辐射光谱计算温度 matlab,一种将杂散光影响分析融入光机热集成分析的技术方法与流程...,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

40d0a822a002a5db73a0d6f0d836c670.gif

本发明属于空间光学遥感仿真技术,具体涉及一种杂散光影响分析融入现有光机热集成分析技术的方法,适用于空间光学遥感仪器的设计仿真分析过程,可以有效减少光学分析与热学分析之间的数据迭代次数,节省设计仿真优化的时间,且可直接获得空间光学仪器在轨工作的任意时刻的信噪比仿真数据。

背景技术:

随着空间光学遥感技术的高精度、定量化、短周期的发展,空间光学遥感仪器的设计分析手段也随之更新。最具有代表性的是光机热集成仿真分析,比如Structural/Thermal/Optics Performance(STOP)分析平台、Systema平台、sigfit数据接口工具。该项分析技术将光学、热学和结构力学分析融合到一起,将空间相机的设计分析评价指标直接锁定在相机的光学像质,例如能量集中度和传递函数(分析技术流程见图1所示),而非传统的光学系统的公差分配、温度场范围、以及结构的应变或热应变量的独立评价。

影响空间光学仪器高精度和定量化的因素不仅仅是其光学像质,杂散光也是重要影响因素之一。杂散光是指达到光学系统像面的非目标成像光线。对于红外光学系统,杂散光包括外部杂散光和仪器内部自身辐射两部分。杂散光对空间光学仪器的影响,轻者,使得目标的信噪比降低,使目标成像模糊,对比度下降,从而影响整个系统的探测或识别能力,重者,被探测的目标信号完全湮没在杂散光背景中,系统无法提取目标,或因像面杂光分布不均匀,在系统探测器上形成虚假信号,进而致使系统探测到伪目标甚至导致整个系统失效。

光机热集成分析技术相对传统的分析技术有了飞跃性的提升,但是尚未将杂散光影响分析作为该分析技术的组成部分,因此,目前光机热集成分析技术尚不完善。

本发明采用热分析软件的外热流和角系数解析外部杂散光和仪器内部自身辐射的影响,将杂散光分析过程融入于热学分析过程,从而将杂散光分析技术引入光机热集成分析技术,并将杂散光作为散粒噪声的一部分引入至相机信噪比的计算,从而将评价指标从光学像质提升至空间光学仪器的探测能力信噪比,使评价指标更加直观,接近于应用。该技术研究是对光机热集成分析的完善,对提升空间光学仪器设计仿真分析能力具有重要意义。

技术实现要素:

从物理本质来讲,热和光均是电磁波,仅是表现形式的区别,因此,热学仿真分析软件与杂散光仿真分析软件具有共同之处,比如均采用成熟的M-C算法。热学仿真分析软件侧重于的热学温度场的分析,其光谱特性方面相对较弱,而杂散光仿真分析软件侧重于对杂散光抑制能力的分析,缺乏轨道环境模拟功能,在光学系统杂散光影响定量化分析方面存在缺乏温度场准确性、温度场的实时性的局限性。

本技术发明一种将杂散光影响分析融入光机热集成分析的技术方法。分析技术流程见图2所示。空间光学仪器受到的杂散光影响包括外部杂散光和仪器内部自身辐射杂散光。

本发明外部杂散光分析,利用热学分析技术中,将空间光学仪器置于空间轨道条件下的外热流分析技术,结合普朗克辐射定律,计算空间光学仪器在空间轨道条件下受到的太阳、地球反照杂散光的影响;关注光谱带宽内的能量换算因子η:

其中,Mλ太阳光谱辐射出射度,λ为波长。从而计算得到受到的太阳、地球反照杂散光等于外热流乘以能量换算因子η。

本发明仪器内部自身辐射杂散光分析,利用热学分析技术中,空间光学仪器中光学部件、机械部件的温度场和角系数,计算空间光学仪器红外波段探测器接收到仪器自身辐射的影响。焦面接收到的仪器自身辐射平均照度:

其中,Miλ第i个节点光谱辐射出射度;Bij角系数,第i个节点与第j个节点之间的能量交换因子,λ1~λ2代表所关注谱段上下限。

最后,将探测器接收到的外部杂散光和仪器内部自身辐射计入光学仪器的散粒噪声,计算得到空间光学仪器的仪器信噪比。

其中,

Nsignal:信号等效电子数,其受到仪器光学像质影响;

Ncircuit:探测器及数据采集电子学噪声等效电子数;

Nbackground:背景噪声等效电子数,包括仪器自身辐射噪声和探测背景噪声;

Nstraylight:外部杂散光等效电子数。

附图说明

图1为现有光机热集成分析技术流程。

图2为融入杂散光影响分析的光机热集成分析技术流程。

图3为现有光机热分析流程仿真计算得到的某空间光学仪器的光学能量集中度的变化情况。

图4为融入杂散光影响分析的光机热分析流程仿真计算得到的某空间光学仪器SNR变化情况。

具体实施方式

本技术发明选择光机热集成分析STOP仿真平台作为仿真分析技术载体。根据光机热集成分析平台STOP的兼容性,热学分析软件选用Thermal Desktop。如热学分析技术一样,在杂散光分析过程中,进行CAD模型的有限元网格节点划分、轨道模型、相机热源、辐射传导等属性的设置,不同的是网格划分是光学元件,及光路可见的机械元件的结构形式不能简化,网格划分精度高。在数据输出方面,除热学关注的温度场,还需输出探测器焦面接受的外热流,以及辐射传输模块计算各关注部件节点与探测器节点的角系数。利用黑体普朗克辐射模型进行外热流光谱特性换算,利用各节点温度场、角系数计算仪器自身红外辐射焦面照度。后续数据处理采用Matlab数据分析软件。并将上述数据输出传输给STOP平台,在STOP平台内利用Matlab模块完成空间光学遥感仪器在轨工作性能计算与评价。

以工作在静止轨道三轴稳定卫星平台某空间光学仪器的在轨工作性能分析为例。基于现有光机热仿真分析流程,以某空间光学仪器春秋分季节为例,仪器的光学像质能量集中度的变化情况,如图3所示,随着太阳入射,仪器温度场发生变化,导致热应力形变,进而影响到仪器的光学像质能量集中度,且由于延时效应,在星上时午后14:00像质最为恶劣,能量集中度下降至54%。

当空间光学仪器对地表上空点目标进行探测。春秋分季节,仪器SNR如图4所示,仪器最佳工作时段为5:30~10:30和13:30~18:30时段;在星上午夜时段,由于地球反照影响,仪器的SNR略有下降;在星上正午10:30~13:30时段,由于太阳直射造成光学像质恶化和太阳杂散光影响严重,仪器SNR具有明显下降,特别是在11:29和12:38两时刻附近,太阳杂散光急剧增加,仪器SNR下降至6以下,仪器丧失点目标探测能力。

图3是STOP仿真平台在未加入杂散光影响分析时的仿真结果,图4是平台加入杂散光影响分析后的仿真结果。对比可见,加入杂散光影响分析后,系统的评价指标从光学能量集中度提升至仪器的SNR,更加接近于应用,而且细节地反映了在11:29和12:38两时刻附近,仪器信噪比下降至6以下,丧失探测能力,仿真结果更加精细,可以为发射前策划在轨工作模式提供数据参考。

这篇关于利用辐射光谱计算温度 matlab,一种将杂散光影响分析融入光机热集成分析的技术方法与流程...的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/316434

相关文章

python获取网页表格的多种方法汇总

《python获取网页表格的多种方法汇总》我们在网页上看到很多的表格,如果要获取里面的数据或者转化成其他格式,就需要将表格获取下来并进行整理,在Python中,获取网页表格的方法有多种,下面就跟随小编... 目录1. 使用Pandas的read_html2. 使用BeautifulSoup和pandas3.

Spring 中的循环引用问题解决方法

《Spring中的循环引用问题解决方法》:本文主要介绍Spring中的循环引用问题解决方法,本文给大家介绍的非常详细,对大家的学习或工作具有一定的参考借鉴价值,需要的朋友参考下吧... 目录什么是循环引用?循环依赖三级缓存解决循环依赖二级缓存三级缓存本章来聊聊Spring 中的循环引用问题该如何解决。这里聊

Java学习手册之Filter和Listener使用方法

《Java学习手册之Filter和Listener使用方法》:本文主要介绍Java学习手册之Filter和Listener使用方法的相关资料,Filter是一种拦截器,可以在请求到达Servl... 目录一、Filter(过滤器)1. Filter 的工作原理2. Filter 的配置与使用二、Listen

Pandas统计每行数据中的空值的方法示例

《Pandas统计每行数据中的空值的方法示例》处理缺失数据(NaN值)是一个非常常见的问题,本文主要介绍了Pandas统计每行数据中的空值的方法示例,具有一定的参考价值,感兴趣的可以了解一下... 目录什么是空值?为什么要统计空值?准备工作创建示例数据统计每行空值数量进一步分析www.chinasem.cn处

Windows 上如果忘记了 MySQL 密码 重置密码的两种方法

《Windows上如果忘记了MySQL密码重置密码的两种方法》:本文主要介绍Windows上如果忘记了MySQL密码重置密码的两种方法,本文通过两种方法结合实例代码给大家介绍的非常详细,感... 目录方法 1:以跳过权限验证模式启动 mysql 并重置密码方法 2:使用 my.ini 文件的临时配置在 Wi

MySQL重复数据处理的七种高效方法

《MySQL重复数据处理的七种高效方法》你是不是也曾遇到过这样的烦恼:明明系统测试时一切正常,上线后却频频出现重复数据,大批量导数据时,总有那么几条不听话的记录导致整个事务莫名回滚,今天,我就跟大家分... 目录1. 重复数据插入问题分析1.1 问题本质1.2 常见场景图2. 基础解决方案:使用异常捕获3.

最详细安装 PostgreSQL方法及常见问题解决

《最详细安装PostgreSQL方法及常见问题解决》:本文主要介绍最详细安装PostgreSQL方法及常见问题解决,介绍了在Windows系统上安装PostgreSQL及Linux系统上安装Po... 目录一、在 Windows 系统上安装 PostgreSQL1. 下载 PostgreSQL 安装包2.

SQL中redo log 刷⼊磁盘的常见方法

《SQL中redolog刷⼊磁盘的常见方法》本文主要介绍了SQL中redolog刷⼊磁盘的常见方法,将redolog刷入磁盘的方法确保了数据的持久性和一致性,下面就来具体介绍一下,感兴趣的可以了解... 目录Redo Log 刷入磁盘的方法Redo Log 刷入磁盘的过程代码示例(伪代码)在数据库系统中,r

Python实现图片分割的多种方法总结

《Python实现图片分割的多种方法总结》图片分割是图像处理中的一个重要任务,它的目标是将图像划分为多个区域或者对象,本文为大家整理了一些常用的分割方法,大家可以根据需求自行选择... 目录1. 基于传统图像处理的分割方法(1) 使用固定阈值分割图片(2) 自适应阈值分割(3) 使用图像边缘检测分割(4)

Java中Switch Case多个条件处理方法举例

《Java中SwitchCase多个条件处理方法举例》Java中switch语句用于根据变量值执行不同代码块,适用于多个条件的处理,:本文主要介绍Java中SwitchCase多个条件处理的相... 目录前言基本语法处理多个条件示例1:合并相同代码的多个case示例2:通过字符串合并多个case进阶用法使用