溫度對材料雙向反射分布函數影響的理論及實驗研究.pdf

1、目標與環(huán)境光輻射特性反映的是光同目標與環(huán)境相互作用而產生的物理現象，揭示了目標與環(huán)境的固有本性。雙向反射分布函數(BRDF)是用于描述材料表面空間反射特性的基本物理量，廣泛應用于航天遙感、地質測量、精密制導和目標仿真等領域。目前，由于實驗技術的原因，對材料表面BRDF的研究主要局限在室溫條件下。然而，現實中的空間飛行器、導彈和衛(wèi)星等由于表面溫度的變化，導致它們外表面的BRDF與在常溫時的不一樣。所以，本論文開展了溫度對材料表面BRDF影

2、響的理論和實驗研究工作。課題來源于國家自然科學基金的重點項目(50336010)，其目的是研制不確定度優(yōu)于15％的可控溫雙向反射分布函數測量系統，通過該裝置實現溫度對材料雙向反射分布函數影響的理論和實驗研究，提供不同溫度下的材料雙向反射分布函數測量數據庫。
　　論文研究圍繞建立不同溫度下雙向反射分布函數測量方法及其實驗標定這一特殊性要求，結合可控溫雙向反射分布函數測量儀的研制，對該儀器研制中所涉及的雙向反射分布函數測量原理、測量方

3、法、光散射理論、測量模型參數優(yōu)化及測量不確定度評價方法等內容進行了深入地研究，主要完成了以下幾方面的研究工作：
　?、辈牧媳砻骐姶派⑸涮匦缘难芯?。結合分形理論，利用基爾霍夫近似理論推導出FBM粗糙面的電磁散射場和散射截面的計算公式，數值計算了散射截面，并與高斯相關分布和指數相關分布粗糙面的散射結果作了比較；根據FBM函數選取了花崗巖表面合適的分形維數和統計參量，模擬了該表面的BRDF值，并同實驗測得的結果進行了比較與分析。

4、　　⒉基于雙向反射分布函數的相對測量原理，研制了一套集光、機、電于一體的可控溫雙向反射分布函數測量系統?？紤]測量過程中雜散輻射的影響，光路采用離軸結構，完成了準直、反射、光調制、匯聚及光電信號接收系統的設計；設計了用于試樣加熱的加熱裝置，溫控采用模糊PID控制；光源分別采用波長為0.6328μm、1.34μm、3.39μm和10.6μm的四個激光器，可實現試樣在不同溫度條件下的多光譜BRDF測量。
　　⒊利用測量裝置對幾種典型材料

5、表面的雙向反射分布函數進行了實驗研究。在室溫條件下，研究了幾種材料表面BRDF隨表面粗糙度、波長等的變化規(guī)律；在25℃～500℃的溫度范圍內，研究了金屬銅以及非金屬聚四氟乙烯和石墨表面BRDF隨溫度的變化規(guī)律；最后，對實驗現象的形成機理進行了深入分析。
　?、椿谶z傳算法的雙向反射分布函數模型參數優(yōu)化研究。研究了目標表面的BRDF模型以及各模型的優(yōu)缺點和適用范圍；通過對幾種有代表性的材料進行BRDF實驗測量，建立了相應的BRDF參

6、數模型；應用遺傳算法對模型參數優(yōu)化進行了研究；分別利用遺傳算法和最小二乘法對銅模型進行參數反演，并對結果進行了比較分析。
　?、惦p向反射分布函數測量的不確定度分析以及實驗標定方法的研究。在理論上，分析了測量過程中產生不確定度的原因，對影響系統測量精度的因素進行了定量分析，使用整體均方根誤差計算方法，提供了一個雙向反射分布函數測量的不確定度分析方法；同時，利用實驗標定的方法對理論分析結果進行了驗證。
　　本論文的研究內容為不同