一、研究背景及意义
红外技术的发展已经经历了两百多年的历史。从二十世纪五十年代以来，随着红外技术的飞速发展，以及它在国防、航空、航天等领域具有的潜在应用价值，使其在高科技快速发展的阶段称为研究热点之一。
对红外波段进行大量研究是因为红外波段本身具有一定的优势。一方面，它具有夜间工作能力，受环境光影响较小，可昼夜工作。另一方面，红外探测器具有很好的隐蔽性。由于红外波段是被动工作，没有发射源。相比于雷达或激光波段，都需要发射微波或激光然后接受回波信号，其劣势在于发射的信号很容易被敌方接收，从而暴露自己，同时也会被敌方用同波段的信号进行干扰或者直接对信号源发动攻击。当然，红外波段也有其劣势，比如容易受到气候影响且作用距离不如雷达。
海面是自然界中最为常见的背景之一，但同时也是较为复杂的。红外波段在海天背景下的成像研究在海洋遥感、精确制导，目标识别等领域有着极其重要的作用。海天背景下的红外辐射研究是一个很复杂的随机问题，由于海杂波的存在，接收到的辐射信号存在很强的噪声，对目标的成像质量产生不利的影响。因此，消除海杂波对红外探测器的干扰就显得尤为重要。建立海面杂波红外辐射模型对海天背景下的目标的检测与识别具有极大地帮助，我们需要明确海杂波的产生机理以及来源，找出海杂波的红外辐射特性，这样才能采取相应的措施以应对。
二、国内外研究动态
- 海杂波的产生与特征
海杂波实质上是指来自于被观测部分的海面区域，由于海水自身的散射特性产生的一系列的杂波信号。海杂波的存在对来自海面的点目标可检测性造成了严重影响。
海杂波在时间和空间上不断变化，严重制约了海面弱小目标的可检测性，因此，对海杂波性质的研究一直是信号处理领域的研究难点和热点问题。对海杂波的研究主要有基于统计理论与混沌理论的两种分析方法。基于统计理论的海杂波分析方法将海杂波作为一种完全随机的信号，即先假设海杂波是一种平稳的随机过程，通过适当的概率统计分布模型描述，如：Log-Normal分布、Weibull分布和K分布等队海杂波建模分析，目前使用较多的模型是海杂波的K分布。
然而，由于海杂波往往在时间和空间上不断变化，具有很强的非平稳性，海杂波的这一时变特性使得海杂波视为水机过程的统计方法不能充分描述出海杂波内在的物理本质。Leung H，Haykin S等人针对IPIX相参雷达进行研究，发现了海杂波具有较强的混沌性。国内学者对高频雷达和S波段的海洋雷达回波也打出了相似的结论。这些成果主要集中在海杂波雷达信号混沌特征提取。
同时根据研究，海杂波在光电图像领域依然具有混沌特性，与雷达海杂波具有混沌特性是一致的。海杂波光电图像具有的混沌特性可采用短时间预测法抑制海杂波，克服目前采用空域滤波等图像处理方法检测海杂波背景下若目标所遇到的困难，为提高海杂波背景下光电弱目标检测能力提供新的思路。[1]
- 海面建模
上世纪50年代，美国科学家C.Cox和W.Munk就开始了对海洋光学特性的研究，与此同时，Pierson等人引入无线电噪声理论研究研究海谱模型。60年代到其实年代美德等西方国家对海谱模型进行研究，劲儿提出了国际标准谱JONSWAP谱。80年代玉玉计算机技术的高速发展，开始了海面背景红外成像的研究 。[2]首先就是对海面进行几何建模。到目前海面的辐射模型可分为三类：1）漫射灰体模型2）平静海面模型3）波浪海面模型。漫射灰体模型将海面当成一个巨大的均匀漫射灰体，易于实现但是在于舰船的模拟换热以及作为红外辐射有着较大的误差。平静海面模型，将海面模拟为一个平滑的、可动态起伏的曲面，此模型无法反应海浪对红外辐射的影响，而海浪又是形成海杂波的重要原因之一。波浪海面波形则较真实的仿真出海面辐射的实际情况，但实现起来较为复杂，此模型的建立又可分为三类：第一类是用正弦谐波函数的线性组合来模拟，这种方法简单直观，速度快，但人为痕迹明显，适用范围较窄。第二类是基于物理方法从流体力学方程组出发，以期达到实际效果，但是计算量大，难以满足快速模拟的要求；第三类是结合海浪功率谱的相关公式，由傅里叶逆变换得到海面的高度场，效果比较好，但离实时性要求还有一定距离。对于红外波段的海面模拟成像，研究人员仍在不断努力探索中。
