红外场景仿真与建模在各个领域尤其在军事方面有很广泛的应用,随着我国海洋资源的逐渐发展,典型海面红外仿真的相关研究也越来越多的受到科研工作者的重视。通过大气数据、海面红外辐射数据、海面散射数据等可以很好的模拟实际海面情况,此外对于红外场景的渲染也使得海面仿真更加的逼真,在实际应用中有十分重要的意义。本文主要针对的红外波段是3-5?m波段,研究了粗糙海面在此波段内的红外辐射散射特性,并对此场景建模与仿真。本论文的主要工作有以下几点:1.分析了天空及海面辐射在红外波段的相关特性;介绍了MODTRAN的使用方法,在给定天气情况、经纬度、时刻等信息的基础上计算相关大气参数;分析了黑体辐射的几种经典模型,同时阐述了温度变化对其造成的影响。2.详细阐述了在计算海浪要素时的几个重要的特征值表达量;分析了几种不同的海谱模型,其中JONSWAP谱的功率谱函数相比于Neumann谱、P-M谱因为具有更好的随机性以及二维特性,故本文最终选择JONSWAP谱作为海面建模的功率谱,并结合蒙特卡罗统计法建立海谱模型;列举了不同风速下模拟出的海谱图。3.研究了在红外波段下粗糙海面的光谱辐射特性,利用之前的得到的大气参数,对粗糙海面接收到的太阳辐射和天空辐射进行了详细的计算;利用和温度相关的复杂粗糙海面自发辐射相关系数结合黑体辐射相关原理计算得出粗糙海面自身辐射值;阐述了BRDF后向反射函数,利用分割原理将不同面元进行地球坐标系变换,结合Cox-Munk粗糙面散射模型进一步研究网格面元对到达海面的太阳及天空辐射的散射特征;通过以上各项计算最终可以得出到达探测器各面元的辐亮值。4.完成了对3-5?m波段下粗糙海面的红外辐射数据结合海谱模型的红外场景仿真;在具体场景下,包括经纬度、时间、时刻、天气情况等各种因素;利用OpenGL软件结合Visual C++6.0平台对仿真结果进行渲染,对比了不同风速以及不同太阳天顶角下的粗糙海面的红外场景仿真效果,仿真结果表明:随风速的增大,海浪高度和海面的亮度值也在增大,海面出现亮斑的面积在增大。当探测器与太阳在海面投影处于一条直线上时,探测器与太阳天顶角相同时,海面的辐射亮度值最高,随着太阳天顶角的变化,辐射亮度值也随之降低。这是符合实际的海面情形的。