海面光辐射散射特性研究

论文摘要

本文基于粗糙面辐射散射的基本理论,利用Modtran软件计算了不同波段、不同天顶角及不同探测高度的太阳光谱辐照度和天空背景光谱辐射亮度;采用蒙特卡罗方法模拟出不同风速条件下的二维PM谱粗糙海面模型,并将其作为研究对象;比较了两种发射率模型和基于这两种发射率模型的海面辐射出射度;利用微扰法（SPM）和双向反射分布函数（BRDF）计算了海面对太阳和天空背景辐射的散射,并结合海面自身辐射,计算分析了海面辐射散射亮度的空间角分布;通过建立海天线计算模型,得出海天交界线处海面面元法向与探测器视线间夹角的分布;最后综合考虑太阳辐照度、天空背景辐射亮度、海面自身的辐射、大气程辐射以及大气透过率,模拟出0.4-0.76?m、3-5?m、8-12?m的海面亮带,分析了海面亮带出现的条件,以及风速对海面亮带的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究概况和发展趋势
• 1.3 本文主要工作
• 第二章 辐射与散射基本理论
• 2.1 辐射基本理论
• 2.1.1 辐射度学常用术语及定义
• 2.1.2 辐射的基本定律
• 2.2 粗糙面散射理论
• 2.2.1 雷达散射截面
• 2.2.2 双向反射分布函数
• 2.2.3 两者之间的关系
• 2.3 太阳辐射特性
• 2.3.1 太阳天顶角和方位角的计算
• 2.3.2 太阳辐射特性
• 2.4 天空背景辐射特性
• 2.5 小结
• 第三章 海面模拟
• 3.1 随机粗糙面相关基础知识
• 3.1.1 随机粗糙面的统计参量
• 3.1.2 实际粗糙海面的基础知识
• 3.2 海谱
• 3.2.1 Neumann谱
• 3.2.2 Pierson-Moscowitz（P-M）谱
• 3.2.3 JONSWAP谱
• 3.2.4 A.K.Fung完全海谱
• 3.3 海面建模的统计方法——蒙特卡罗法
• 3.4 粗糙海面的模拟
• 3.4.1 一维粗糙海面的模拟
• 3.4.2 二维粗糙海面的模拟
• 3.5 小结
• 第四章 海面的辐射散射计算
• 4.1 海面自身红外辐射的计算
• 4.1.1 海面红外发射率的特性研究
• 4.1.1.1 基于Cox-Munk模型的海面方向发射率的计算
• 4.1.1.2 改进后的海面发射率模型
• 4.1.2 基于两种发射率模型的海面自身辐射的计算
• 4.1.2.1 海面自身的热辐射
• 4.1.2.2 3-5 微米和 8-12微米两种海面辐射模型的比较
• 4.2 海面对太阳、天空背景辐射的散射
• 4.2.1 海面对太阳、天空背景辐射的散射
• 4.2.2 遮挡效应
• 4.3 海面红外亮度计算
• 4.3.1 海面红外亮度计算
• 4.3.2 计算结果分析
• 4.4 海天线处海面可视面分析
• 4.4.1 海天线计算模型的建立
• 4.4.2 算例
• 4.4.3 海面可视面分析结果
• 4.5 小结
• 第五章 海面亮带计算及仿真
• 5.1 海面小波面对太阳辐射的散射计算
• 5.2 海面小波面对天空背景辐射的散射计算
• 5.3 透过率和大气程辐射的计算
• 5.4 海面亮带的仿真
• 5.4.1 3-5 微米海面的红外辐射亮度
• 5.4.2 8-12微米海面的红外辐射亮度
• 5.4.3 0.4-0.76微米可见光波段海面的散射亮度
• 5.4.4 三个波段计算结果比较分析
• 5.5 小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间的科研成果