星载推扫型红外成像传感器建模与仿真

论文摘要

建立星载推扫型红外成像传感器的成像过程模型,是对推扫型红外成像传感器进行优化设计及对图像质量和系统性能进行评价的前提。进行计算机仿真一则利于系统的优化设计,缩短系统的设计周期;二则可以节约军事开支,提高工作效率。所以星载推扫型红外成像传感器的建模与仿真具有重要的研究意义和广泛的应用前景。本文采用光线追迹法和调制传递函数法对星载推扫型红外成像传感器的成像过程进行了分析,并对系统的主要组成单元,如光学系统、探测器、信号处理电路等所具有的典型效应进行了建模研究,同时考虑了卫星抖动和像移给成像传感器成像质量带来的影响。在计算机上利用MATLAB仿真了这些典型效应给成像质量带来的影响。同时,对两种典型的过采样(超模式采样和细分采样叠加)星载推扫型红外成像传感器进行了建模和仿真,最后采用常用的图像评价指标对仿真结果进行分析。这些工作都取得了良好的效果。本文具有如下几个突出特点:仿真了推扫型较凝视型星载红外成像传感器不同的几种典型效应;建立了超模式采样推扫型红外成像传感器的模型,并给出了系统仿真结果;建立了细分采样叠加红外成像传感器的模型,并给出了系统仿真结果。最后对系统仿真结果进行了统计分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和重要意义
• 1.2 国内外发展状况
• 1.3 本文的研究内容
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 内容结构
• 1.3.3 本文的特点
• 第二章 传感器工作原理及建模方法简述
• 2.1 传感器的基本组成单元
• 2.1.1 光学系统
• 2.1.2 探测器
• 2.1.3 信号处理电路
• 2.2 仿真模型
• 2.3 仿真方法
• 2.3.1 光线追迹法
• 2.3.2 调制传递函数法
• 第三章 几种典型效应的建模与仿真
• 3.1 光学系统效应
• 3.1.1 光学系统能量响应
• N θ阴影效应'>3.1.2 cos^Nθ阴影效应
• 3.1.3 渐晕效应
• 3.1.4 冷反射效应
• 3.1.5 光学系统孔径衍射限限制
• 3.1.6 光学设计的残余几何像差
• 3.1.7 振动或温度变化产生的离焦
• 3.1.8 杂光和光学加工质量因子的影响
• 3.2 探测器效应
• 3.2.1 探测器的信号响应
• 3.2.2 探测器空间效应
• 3.2.3 抖动和像移
• 3.2.4 非线性效应
• 3.2.5 非均匀性效应
• 3.2.6 欠采样效应
• 3.2.7 灰度量化
• 3.3 信号电路效应
• 3.3.1 低通滤波和高通滤波
• 3.3.2 高频提举
• 3.3.3 CCD 转移
• 3.4 噪声效应
• 3.4.1 噪声及其统计分布
• 3.4.2 三维噪声模型
• 3.4.3 仿真结果及其分析
• 第四章 两种典型过采样传感器成像特性分析
• 4.1 典型的过采样
• 4.2 超模式采样
• 4.2.1 成像原理
• 4.2.2 图像重构
• 4.2.3 物理效应建模与仿真
• 4.2.4 仿真结果及其分析
• 4.3 细分采样叠加
• 4.3.1 成像原理
• 4.3.2 物理效应建模与仿真
• 4.3.3 仿真结果分析
• 4.4 结果分析
• 4.4.1 图像评价指标
• 4.4.2 仿真图像分析
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间的研究成果