大气透过率是影响红外辐射传输的重要因素。由于基于海上实际气象参数的有关云对红外波段大气透过特性影响的研究还相对薄弱, 因此海上红外透过率的计算不可避免地存在计算误差。构建了我国海上区域实际大气参数廓线, 以海洋为下垫面, 嵌入成熟、通用的大气辐射传输模型, 还原真实大气环境中云遮挡对红外辐射传输的影响。研究发现, 海上大气温度、湿度等参数随时空变化较大, 直接影响大气透过率计算结果; 以区域实际大气环境参数作输入, 海洋为下垫面, 计算发现云底高和云厚的变化对海上大气透过率具有明显影响, 影响程度与云参数以及探测器和云层的几何位置关系密切相关。研究结果表明尽可能还原真实大气环境是研究云对海上红外辐射传输影响的基础, 大气环境对计算结果造成的误差不容忽视。

为提高红外高光谱目标特性仿真的逼真度, 提出了一种辐射影响计算模型, 用于计算目标周围的建筑物对目标的最终辐射特性的影响。建立了一个虚拟实验场景, 设定场景的大气环境为1976年的美国标准大气。在建立的虚拟场景上在中波红外3.0~5.0 μm范围内以0.01 μm为步长对目标所受的辐射影响进行了仿真计算, 并将辐射影响与太阳辐射、目标自身辐射进行了比较。实验结果显示在中波红外的某些波段范围内, 相邻建筑单位面积的辐射影响亮度要高于太阳辐射亮度和目标自身辐射亮度。这表明在图像立方体的某些图像中, 辐射影响是成像的最主要的辐射源, 证明了多光谱/高光谱仿真情况下该模型的必要性和重要性。通过对仿真结果的分析, 确定了建筑表面温度、大气透过率和有效辐射面积是辐射影响因素中的三个关键因素。

低纬度地区、相对湿度较大的大气影响了机载红外搜索跟踪(IRST)系统的作用距离。针对此问题, 根据低纬度地区近几年的大气资料, 从理论上分析了影响大气透射率的主要因素, 重点建立了大气透射率数学模型, 修正了高度和斜程对大气透射率的影响; 通过MatLab软件分别仿真分析了不同季节、不同天气、不同俯仰角以及不同路程和高度时3~5 μm波段的大气透射率, 与大气透射率计算软件(LOWTRAN7)的仿真结果相比, 其误差约为5%, 验证了模型的实效性, 从而为指导实际作战使用IRST系统提供了理论依据。

红外制导系统发现、识别和跟踪目标主要依据背景、目标物辐射特性和对比特性信息。气溶胶及其能见度变化是大气环境中影响红外辐射传输的主要因素之一。以标准大气为例,开展了气溶胶及其能见度变化对中、远红外光谱区间(3～5.m,8～12.m) 大气透过率和目标背景对比度的影响分析,重点分析了标准大气中相同能见度不同气溶胶类型及同气溶胶类型不同能见度对中远红外传输特性的影响。结果显示: 大气透过率对目标背景对比度的理论计算值有重要影响。在其他大气条件既定情况下,气溶胶及其能见度变化对两波段的透过特性和目标识别效果影响明显,且以 8～12.m波段的好于 3～5.m的。同能见度不同气溶胶类型下的透过率和目标背景对比度差异较大,需要考虑气溶胶的影响。在中远红外区间,3.4～4.2.m和 9.5～12.m波段内的透过率和目标背景对比度平均值相对较大,变化振幅小,可作为**使用理想波段加以选择应用。

高动态目标飞行速度快，红外辐射强，红外探测是对其预警的主要手段之一，结合浮空平台，能取得更好的预警效果。分析了浮空红外探测系统对高动态目标的预警优势；考虑了气象、大气特性、地球曲率、高度等因素，给出了红外传输的大气透过率计算模型；建立了红外探测系统的预警距离模型；通过仿真，分析了不同天气下浮空红外探测系统对高动态目标的预警距离，验证了所建模型的有效性，得出了相关性能分析结论。结合结论，给出了浮空红外探测系统的部署及应用建议。

针对大气透过率是影响红外系统作用距离的重要因素，且随大气环境、波长、距离等因素而复杂变化难以精确描述，研究了大气透过率对红外系统作用距离的影响，提出一种基于离散光谱透过率的红外系统作用距离模型。使用MODTRAN 软件计算出波数间隔为1 cm-1的离散光谱大气透过率，建立大气透过率数据库，计算出波数间隔为1 cm-1的光谱区域内目标的红外辐射功率。应用该模型对实际的战斧巡航导弹进行计算，结果表明该模型具有更高的计算精确度与可行性。

主要分析了我国典型地区(西北地区、沿海地区及大陆地区)在2～12 μm波段整层透过率与标准 大气模式(1976年美国标准大气、中纬度夏季及中纬度冬季)的偏差,并比较分析了上述两种大气 模式下,6种主要吸收分子的透过率偏差。结果表明:使用标准大气模式计算我国典型地区的整层大 气透过率存在一定的偏差,引起我国典型地区透过率与标准大气模式偏差较大的原因来自H2 O分子。 1976年美国标准大气模式计算我国沿海及大陆地区整层大气透过率的最大绝对偏差达 到0.40和0.22;中纬度夏季计算我国沿海及大陆地区7月份整层大气透过率的最大绝对偏差达到0.31和0.29; 中纬度冬季计算我国西北、沿海地区1月份整层大气透过率的最大绝对偏差达到0.1和0.36。采用标准大 气模式计算我国典型地区整层大气透过率存在一定的偏差,在计算我国区域内的大气透过率时必须考虑我国的大气模式。

基于最小可分辨对比度准则, 研究了在考虑背景环境下机载红外成像系统对目标最大探测距离的计算方法。分析了红外目标在3?5m 与8?12m 两个波段上的红外辐射特征和背景辐射、大气透过率等因素对探测距离的影响, 给出了探测距离的推导公式。最后用MODTRAN软件对大气透过率进行了模拟计算, 得到了波数间隔为1 cm-1的光谱大气透过率数据。计算了各微小波长区间内辐射到探测器上的辐照度。考虑到大气透过率与距离的关系, 取消了传统算法中用常数或者拟合函数来代替大气透过率的方法。以巡航导弹为例, 对红外系统探测距离进行了数值计算。仿真结果表明, 该计算方法具有可行性。

介绍了红外辐射在大气中传输时产生衰减的主要原因，对几种常用的红外大气传输计算方法及软件进行了简要说明，详细阐述了LOWTRAN 7软件的使用方法，输入输出文件格式.论述了对LOWTRAN 7进行嵌入式应用的重要性并提出了一种LOWTRAN 7的嵌入式应用方法，给出了相关的电路原理简图以及使用Delphi 6编写的子程序源代码.