空间目标可见光散射动态特性测试校验系统

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基于TracePro的空间目标光学散射特性建模与仿真

基于TracePro的空间目标光学散射特性建模与仿真
孙成明;赵飞;张泽
【期刊名称】《光子学报》
【年(卷),期】2014(0)11
【摘要】为给空间目标光学探测与识别提供数据支持,建立了基于TracePro的空
间目标光学散射特性计算模型.以空间目标天基红外系统为例,综合考虑目标的结构
特性、材料特性、背景特性及轨道特性,通过TracePro中建立几何模型、设定材质、设定光源、计算光线路径等环节,对目标光学散射特性进行仿真分析.结果表明,目标的光谱辐照度曲线与太阳一致.镜反射时,目标的等效光谱反射率曲线与砷化镓电池
片一致,随着目标旋转,目标的等效光谱反射率曲线趋向于与包覆材料一致,而后保持不变.为空间目标光学散射特性研究思路提供了借鉴.
【总页数】5页(P54-58)
【关键词】空间光学;空间目标;散射特性;TracePro;建模与仿真
【作者】孙成明;赵飞;张泽
【作者单位】中国科学院光电研究院
【正文语种】中文
【中图分类】O432.1;O435.1
【相关文献】
1.基于STK的空间目标可见光散射特性建模与仿真 [J], 李艳杰;金光;钟兴
2.基于目标可见光散射特性的空间目标成像仿真研究 [J], 黄建明;刘鲁江;王盈;魏
祥泉
3.基于光学散射特性的失稳空间目标旋转分析 [J], 田琪琛;李智;徐灿;李鹏
4.空间目标的可见光散射特性建模与仿真研究 [J], 吴英;杨玲;范剑英;王洋;吴岩;王长劲
5.基于光学仿真Tracepro软件对多面微结构导光板光学性能的研究 [J], 王佳佳;贺建芸;谢鹏程;申增强;马旭
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空间目标的光谱特性仿真及识别

华中科技大学硕士学位论文空间目标的光谱特性仿真及识别姓名：周玲慧申请学位级别：硕士专业：模式识别与智能系统指导教师：张钧;田金文20081224华中科技大学硕士学位论文摘要随着各航天大国研究空间目标光谱成像特性以及以此为基础进行空间探测的技术日趋成熟，为满足空间机动平台的攻防应用需求，需要对空间目标特性进行分析和研究。

由于航天实验费用昂贵，不可能对空间目标成像图都进行实时拍摄，因此根据实验室现有条件，利用计算机模拟生成空间目标和空间背景仿真图并对实验图片进行目标检测识别十分有必要。

论文主要研究了空间目标光谱特性仿真及识别过程中需要考虑的几大问题，包括空间背景特性分析、空间目标特性分析、目标检测与识别算法设计。

论文首先介绍了空间背景仿真原理，分星空背景和地背景两种情况考虑。

讲述了可见光和紫外参考星表的制备流程，简要说明了星图仿真原理，模拟生成了可见光和紫外星图。

同时，对地球背景仿真进行了初步研究，提出一种生成星空与地球背景相结合的背景仿真图的方法，给出了实验结果。

接着，详细阐述了空间目标成像仿真原理及步骤，包括目标三维几何建模、目标表面材质属性、构建目标可见光和紫外光照模型，并介绍光线跟踪算法，依据理论分析，模拟生成了目标仿真图。

然后根据不同参数条件设计仿真实验，结合图片探讨分析了光照方向、相机光轴指向、视场角大小、成像分辨率、探测距离这几个参数对目标仿真图的影响。

实验结果表明，该模型不仅同真实空间目标光谱成像系统比较符合，而且能很好地表征光谱成像系统的关键参数对成像图效果的影响。

最后，对背景仿真图添加高斯噪声和空间碎片，并将之与目标仿真图相叠加，设计相应算法对空间目标进行检测识别，理论分析和仿真实验结果表明，所采取方案是可行的。

关键词：空间目标，光谱特性，背景仿真，目标仿真，检测识别华中科技大学硕士学位论文AbstractWith the development of the space detection technique which is based on the space target’s spectral characteristics, most of the powerful countries are paying great attention to the research and analysis of space target’s characteristics in order to meet the needs of the offensive and defensive system. As the cost of spaceflight experiment is very high, it’s unpractical to acquire real-time space target images in some cases. Thus in order to estimate the recognition algorithms for space target, we need to simulate real-time space target images and background images with a computer. This paper focuses on the simulation of space target’s spectral imaging and the target recognition, including the analysis of the environment characteristics and the target characteristics, the designing of detection and recognition algorithms for space target.In the paper, we first introduce the simulation methods of the space environment including the star field background and the earth background. After discussing how to establish the visible and ultraviolet reference ephemeris, we brief the simulation principle of the star field images, then simulate the images in multi-spectral. Meanwhile, we give a pilot study for the earth background simulation, present a method to simulate the background image which is a combination of earth and star field, then we show the experiment results.After that, we analyze the simulation principle of the space target imaging in detail, including the target’s geometry modeling, the material attributes of the target’s surface, the target’s illumination energy models in multi-spectral, and we introduce the novel retracing algorithm, then simulate the target images according to the theoretical analysis.On this basis, we do several experiments under different circumstances, discuss the influence of each parameter to the effect of simulation images. The parameters include the illumination direction, the optical axis direction, the camera’s visual angel, the image pixels, the distance between camera and target.The experimental results show that, the model not only meets the real spectral imaging system well, but also shows the influence of several key spectral imaging system华中科技大学硕士学位论文parameters to the effect of the simulation images well.Finally, we add the gauss noise and space fragment to the background simulation images, then integrate them into the target images, design the detection and recognition algorithms. Theoretical analysis and experiment results demonstrate that the method is feasible in principle.Key words: space target, spectral characteristics, background simulation, target imaging simulation, detection and recognition独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

光散射检测器原理

光散射检测器原理
光散射检测器的基本原理是将一束光射入待测的颗粒或分子中，通过测量散射光的强度和角度分布来推算出颗粒或分子的粒径和浓度。

具体来说，当一束光通过溶液时，光会与溶液中的颗粒或分子发生散射作用，产生向前和向后的散射光。

其中，前向散射光经过一定的接收角度后被检测器接收并转换成电信号，经过放大和计算后，就可以得到颗粒或分子的粒径和浓度。

光散射检测器具有以下优点：
1.可以测量颗粒或分子的粒径分布和浓度。

2.测量范围广，可以测量不同大小的颗粒或分子。

3.可以测量不同性质的颗粒或分子，如蛋白质、病毒、纳米颗粒等。

4.可以用于在线监测和实时分析。

但是，光散射检测器也有一些局限性：
1.对于非常小的颗粒或分子，其测量精度可能会受到限制。

2.对于高浓度的颗粒或分子，其测量结果可能会受到重叠散射的影
响。

3.对于不同性质的颗粒或分子，可能需要不同的测量条件和校准方
法。

总之，光散射检测器是一种非常有用的分析工具，可以用于研究颗粒或分子的性质、粒径分布和浓度等方面。

【国家自然科学基金】_光子统计分布_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140801

推荐指数 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2013年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
科研热词鲁棒分析高光谱图像随机数检测衰减式单光子源直接数字频率合成模数转换核空间理论栅控x射线球管异常探测延时符合仿真源 x射线脉冲星导航
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2014年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
2014年科研热词频率上转换非线性光学脉冲模式盖革模式激光技术测距精度时隙探测概率光子数量子统计特性推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1
推荐指数 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2011年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37
2011年科研热词高光谱图像非线性映射非均匀网格降维通道迹运转可靠性分析辐射热流分布转镜可靠性试验超高速摄影仪转镜色度学舌诊客观化舌诊耗散统计分布函数消相干浑浊介质核主成份分析望诊有压腔式吸热器明度奇(偶)对相干态增加光子唇变异系数反聚束效应压缩真空态勒让德多项式兴奋纯度光子光亚泊松分布特性主波长 xyz三刺激值 wigner函数 monte carlo方法 monte carlo光线追迹推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

可见光空间相机静态传函测试系统及测试方法与设计方案

一种可见光空间相机静态传函测试系统及测试方法，解决目前可见光空间光学相机实验室静态传函测试中存在较大误差的问题，利用均匀照明光源、靶标组件、平行光管组成的传函测试系统。

采用模拟太阳光谱的积分球均匀光源为靶标提供均匀辐射照明。

靶标组件为是由低空间频率和奈奎斯特频率组成的透射式的靶标板及相应的机构组成。

采用平行光管将靶标输出的光束转换为平行光，其口径不小于空间相机入光口，焦距不小于空间相机焦距3倍。

空间相机获取靶标的图像，利用低空间频率靶标计算物方调制度，奈奎斯特频率靶标图像计算像方调制度，利用二者的关系计算相机静态传函，该测试结果扣除了平行光管和大气的传函，能更客观的评价空间相机成像质量。

技术要求1.一种可见光空间相机静态传函测试系统，包括照明光源(1)、靶标组件(2)和平行光管(3)；其特征是：所述靶标组件(2)由靶标固定件(2-2)，以及安装在靶标固定件(2-2)上的靶标板(2-1)构成；所述照明光源(1)发出的光源均匀照明靶标组件(2)上的靶标板(2-1)，所述靶标组件(2)位于平行光管(3)的焦面位置，所述平行光管(3)将经过靶标板(2-1)输出的光束转换为平行光束，入射到空间相机(4)的焦平面探测器上，所述空间相机(4)获取靶标图像；所述靶标板(2-1)上靶标的排布方式依次为：低空间频率靶标白靶条(2-1A)、奈奎斯特频率靶标(2-1B)和低空间频率靶标黑靶条(2-1C)；所述奈奎斯特频率靶标(2-1B)由n组靶条组成，每组靶条由三个白靶条和四个黑靶条组成；所述空间相机(4)获取靶标板(2-1)上对应的靶条图像，利用低空间频率靶标白靶条(2-1A)和低空间频率靶标黑靶条(2-1C)的图像计算物方调制度，利用奈奎斯特频率靶标(2-1B)中的图像计算像方调制度，根据所述物方调制度与像方调制度的关系计算相机静态传函MTF。

2.根据权利要求1所述的一种可见光空间相机静态传函测试系统，其特征在于：所述靶标板(2-1)上的靶标尺寸，根据平行光管(3)的焦面和空间相机(4)的焦面探测器像元尺寸之间的物像关系，计算一个尺寸为p像元对应平行光管(3)焦面处的尺寸为d；所述低空间频率靶标白靶条(2-1A)和低空间频率靶标的黑靶条(2-1C)，在物理空间上不相邻，其宽度均大于等于25d，长度大于等于宽度。

动态光散射操作流程

动态光散射操作流程动态光散射（Dynamic Light Scattering，DLS）是一种用于测量溶液中胶体粒子大小和分子量的分析技术。

它基于光的散射现象，通过观察颗粒在溶液中的扩散运动来获取胶体颗粒的尺寸分布和动力学信息。

下面是动态光散射的操作流程：1.准备样品：制备溶液样品，首先选择需要测量的溶剂，并选择合适的胶体粒子或分子。

确保样品中没有明显的自由基或微粒杂质，因为这些杂质会影响测量结果。

2.调制激光器：使用适当的激光器，通常是一束强度稳定的单色激光器。

选择适当的波长，通常在可见光范围内，以使样品中的颗粒对激光进行散射。

3.设置测量仪器：使用动态光散射仪器，将激光器和探测器对准。

确保激光器的光束通过样品的中心，并调整探测器的位置以接收样品中颗粒散射的光。

4.测量系统校准：先对系统进行校准，根据仪器的要求选择适当的校准标准。

一般来说，利用透明溶液（例如纯水）进行零点校准，然后使用已知尺寸的胶体颗粒进行校准。

5.采集数据：开始采集数据之前，首先选择适当的测量角度。

根据样品的特性和颗粒的预期尺寸范围，选择合适的测角以最大程度上减小背景散射的影响。

将样品放入测量室，并开始进行测量。

6.数据处理和分析：测量得到的原始数据通过仪器软件进行处理和分析。

通过分析光的相干衰减信号，可以计算出光散射强度的自相关函数。

使用一些最小二乘法的算法，可以从自相关函数中提取颗粒或分子的尺寸分布以及相关的动力学信息。

7.结果解释：根据所得到的数据，对结果进行解释。

颗粒或分子的尺寸分布可以通过绘制累积分布函数或直径分布函数来显示。

此外，可以利用所得到的自相关函数计算出粒子的扩散系数来评估粒子的运动特性。

8.结论和讨论：通过对数据进行进一步分析和解释，得出结论并进行讨论。

比较不同样品之间的结果，或与已知的参考数据进行比较，评估样品的质量或浓度。

值得注意的是，动态光散射在操作时需要注意消除可能的散射源和对环境干扰的控制，以获得准确可靠的结果。

动态光散射的特点

动态光散射（Dynamic Light Scattering，DLS）是一种用于测量微观尺度下颗粒或分子的尺寸和运动行为的技术。

以下是动态光散射的一些特点：
1. 尺寸测量：
- DLS主要用于测量颗粒或分子的尺寸范围在几纳米到几微米之间。

它对于测量颗粒的动态尺寸分布非常敏感。

2. 非侵入性：
- DLS是一种非侵入性的技术，即在测量过程中不需要对样品进行标记或处理。

这使得它适用于复杂的生物体系，如蛋白质溶液等。

3. 测量速度快：
- DLS测量速度相对较快，通常只需要几分钟至几小时不等，这使得它在实时监测颗粒或分子动态行为方面具有优势。

4. 适用于多成分体系：
- DLS可用于复杂的多成分溶液或悬浮液体系，对于混合体系的测量也具有较好的适用性。

5. 灵敏度高：
- DLS对于小尺寸的颗粒或分子非常敏感，可以检测到尺寸差异较小的颗粒，并提供高分辨率的尺寸分布数据。

6. 测量动态行为：
- 与静态光散射不同，DLS不仅可以提供颗粒的尺寸信息，还能测量颗粒的动态行为，如扩散系数、粘滞系数等，从而了解颗粒的运动特性。

7. 温度敏感性：
- DLS对温度敏感，温度的变化可能影响测量结果。

因此，在使用DLS时，需要控制好温度并在实验过程中考虑温度的影响。

8. 适用于溶液体系：
- DLS适用于液体体系，包括溶液中的颗粒或生物分子的测量。

对于颗粒测量而言，样品中的颗粒在液体中的运动对DLS的测量结果具有重要影响。

总体而言，动态光散射是一种灵活、高灵敏度的技术，适用于多种样品和研究领域，特别是在纳米和微米尺度的颗粒或分子的尺寸和动态行为研究中具有广泛应用。

动态光散射仪操作指南说明书

动态光散射仪操作指南说明书一、引言动态光散射仪（Dynamic Light Scattering，DLS）是一种常用的仪器，用于测量物质颗粒的粒径和分布。

本操作指南将详细介绍动态光散射仪的操作步骤和注意事项，帮助用户正确、高效地使用该仪器。

二、仪器准备在进行实验前，需要确保动态光散射仪处于正常工作状态。

具体的准备工作包括以下几个方面：1. 仪器检查：检查仪器的外观是否完好，各个部件的连接是否牢固，电源和电缆是否正常；2. 仪器清洁：使用清洁布擦拭仪器表面，保证仪器光学系统的清洁度；3. 仪器校准：根据仪器的校准要求，对仪器进行校准。

确保仪器在工作前处于准确的状态；4. 仪器预热：打开仪器电源，对其进行预热，通常需要预热一段时间以稳定仪器性能；5. 法液准备：根据实验需要，选择合适的法液，并准备好足够的法液；三、实验操作下面将详细介绍动态光散射仪的实验操作步骤：1. 打开仪器软件：在电脑上打开动态光散射仪的软件，并连接仪器。

确认仪器和软件连接成功；2. 样品装入：将待测样品放入样品池中，并调整样品位置和角度，确保样品均匀分布在样品池中；3. 参数设置：在软件中设置相关的测量参数，如测量温度、激光功率、采样时间等；4. 实验运行：点击软件中的“运行”按钮，仪器会开始自动进行测量。

此时可以观察到样品的光散射光斑；5. 数据记录：根据实际需要，可以选择实时记录数据或者在实验结束后进行数据处理；6. 实验结束：实验完成后，关闭仪器和软件，将样品池进行清洗和消毒。

四、注意事项在操作动态光散射仪时，需要注意以下几点事项：1. 样品准备：样品要充分均匀混合，并避免有大颗粒或聚集物存在，以确保测量结果准确可靠；2. 仪器稳定性：仪器在进行测量前需要预热，稳定后再进行测量，以保证测量结果的准确性；3. 光路调整：如果出现光路不正常的情况，如光斑不清晰、不对称等，需要调整光路或者清洁光学系统；4. 法液选择：根据不同样品的特性，选择合适的法液进行测量；5. 数据处理：在实验结束后，根据实际需要进行数据处理，可以使用相关的数据处理软件。

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第ｌ卷
第１期
指
挥
与
控
制
学
报
Ｖｏ１．１，Ｎｏ．１Ｍａｒｃｈ，２０１５
２０１５年３月
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空间目标可见光散射动态特性测试校验系统
魏祥泉黄建明颜根廷肖余之范小颜根廷，肖余之，范小礼．空间目标可见光散射动态特性测试校验系统川．指挥与控制学报，２０１５，１（１）：８１－８５
ＩＤ．ＩＣＣ．ＣＮ．２０１５．０００８１
ＡＳｅｔｏｆＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄＶｅｒｉｉｃｆａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｆｏｒｔｈｅＤｙｎａｍｉｃＶｉｓｉｂｌｅＳｃａｔｔｅｒ
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摘要准确可靠的空间目标可见光散射动态特性数据可以为可见光探测敏感器的设计与研制以及目标捕获、识别与跟踪算法的研究提供设计依据，为空间在轨试验流程规划提供参考．介绍了一套可以对空间目标可见光散射动态特性进行模拟与测试校验的系统，解决了在实验室条件下模拟空间目标在不同太阳照射方位角和高低角，不同观测方位角和高低角情况下的可见光散射动态特性问题，可以直接获得被测目标的可见光散射特性数据，并可为空间目标可见光散射特性分析模型校验提供数据支撑．关键词空间目标，可见光散射，动态特性，模拟，测试校验
ｏｆｄｙｎａｍｉｃｖｉｓｉｂｌｅｓｃａｔｔｅｒｃｈｒａａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｐａｃｅｔａｒｇｅｔｉｓｓｏｌｖｅｄ，ｕｎｄｅｒｔｈｅｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅｏｆｌａｂｏｒａｔｏｒｙｗｉｔｈｄｉｉｆｅｒｅｎｔａｚｉｍｕｔｈａｎｇｌｅａｎｄｐｉｔｃｈａｎｇｌｅｏｆｓｏｌａｒｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎｓａｗｅｌｌｓａｄｉｆｅｒｅｎｔａｚｉｍｕｔｈａｎｇｌｅａｎｄｐｉｔｃｈａｎｇｌｅｏｆｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ
北京207所目标与环境光学特征国防科技重点实验室构建了一套空间目标可见光散射特性测试系统在室内利用与太阳光谱接近的氮灯做光源利用大口径反射镜产生平行光模拟太阳光的照射被测目标放置在可调整姿态的转台上用ccd摄像机作为探测器采集被测目标在太阳光照射下的反射光强度图像经过适当的图像处理得到卫星目标的散射特性数据