最小可分辨气体浓度的等效测试评价方法

最小可分辨气体浓度(MRGC)是最新提出的一种客观评价气体泄漏红外成像检测系统的性能参数, 但MRGC测试系统较为复杂. 本文首先推导建立了MRGC的数学模型, 然后在比较MRGC与常规热成像系统的最小可分辨温差(MRTD)性能参数模型原理以及测试方法的基础上, 依据最小可分辨辐射响应差相等的条件, 提出了一种气体泄漏红外成像检测系统的MRGC等效测试评价方法, 并对乙烯气体进行了MRGC的直接测量与等效测试结果的比较. 结果表明两者具有较好的一致性, 是一种可行的普适测试方法. 由于等效测试法只需常规MRTD 测试结果及气体红外光谱数据库, 方法简单可靠, 具有推广应用价值, 对气体泄漏红外成像检测系统的研发和应用具有重要的意义.     

MRTD高精度测试和校准技术研究

围绕红外热像仪成像参数MRTD（最小可分辨温差）测试问题开展研究，介绍了MRTD的测试方法以及MRTD测试装置—红外热像仪评估系统的工作原理，详细分析了MRTD测试过程中，红外热像仪测试位置、差分黑体温差、差分黑体发射率和光学系统几何像差等因素对测试结果的影响。针对这些问题，提出了采用红外扫描辐射计对红外热像仪评估系统温差进行校准的方法，利用该方法对某空间频率下热像仪MRTD进行测试，并给出了测试结果，为热像仪MRTD参数准确测试提供参考。     

基于不同静态性能模型的热成像系统视距估算

 基于NVL75，FLIR92和CFLIR国内外3种不同的热成像系统静态性能模型，采用静态性能参量MRTD建立对面目标的视距估算方程，并通过CFLIR40软件计算，比较不同模型下视距估算结果，得出：凝视型热成像系统在CFLIR模型下计算得到的MRTD值比FLIR92模型计算得到的MRTD值更接近实际测量值；在基本参数相同的条件下，利用MRTD估算的凝视系统的视距远远优于扫描系统的视距；对凝视型系统，从视距估算的结果来看，CFLIR模型略优于FLIR92模型。     

电磁脉冲对细线耦合的时域多分辨分析

 对利用时域多分辨分析(MRTD)方法计算电磁脉冲(EMP)与细线耦合的问题进行了研究。将传统Holland细线算法应用到时域多分辨分析当中，推导出了MRTD方法中对细线结构处理的一种算法，并给出了具体的计算步骤和相关参数的选取方法。计算表明，采用MRTD方法计算细线问题，可以取较大的空间步长，一般可以取到最短工作波长的1/4左右，有效地节约了计算资源；MRTD方法也可以较方便地处理细线位于大地附近的情况，为计算地面铺设较长细线的EMP耦合提供了一种途径。     

红外成像系统最小可分辨温差影响因素分析

针对某多波段共口径长焦距反射式红外成像系统最小可分辨温差(minimum resolvable temperature difference,MRTD)在实验室条件下的测试结果偏离设计值这一现象,从MRTD的定义入手,详细梳理了观察频率响应、视觉角、采样相位传递函数等因素对MRTD测试结果的影响,重点分析了采样相位对红外系统静态和动态MRTD的影响情况,论证了空间频率在0.6f_N-0.9f_N区间内,静态MRTD测试值会偏离设计值。最后,通过实验室测试验证了采样相位传递函数是影响红外成像系统MRTD的主要因素。     

MRTD算法在集成平面光波导组件分析中的应用

将基于Daubechies紧支集尺度函数的时域多分辨分析（MRTD）算法用于集成平面光波导组件的时域分析中,实现了MRTD算法的各向异性理想匹配层（APML）吸收边界条件,并对平行介质带定向耦合器进行了数值模拟和验证,所得结果与解析解非常一致.与传统的FDTD算法相比,MRTD算法在不牺牲计算精度的前提下能够大大节省计算资源.     

基于时域多分辨算法的非球形气溶胶散射特性仿真模拟

非球形气溶胶的散射特性是影响辐射传输模拟准确性的重要因素.为实现非球形、非均质气溶胶散射特性的模拟,基于MRTD(multi-resolution time-domain)方法建立了一个新的气溶胶散射模型.采用MRTD技术实现了近场电磁场的计算;考虑气溶胶的特殊性,推导了基于体积积分方法的近远场外推方法,实现了粒子散射振幅矩阵和穆勒矩阵的仿真;构建了粒子吸收和消光截面的计算模型,实现了粒子积分散射特性的高精度模拟.将MRTD散射模型的结果与Mie理论、T矩阵法进行了对比,验证了模型的准确性;讨论了空间网格粗细对模拟精度的影响,并定量分析了模型的运行效率.结果表明,MRTD散射模型的相函数模拟误差小于8%,其中前向散射方向小于4%;当粒径与入射光波长相当时,消光和散射效率因子的相对误差小于0.1%;空间网格粗细对模拟精度影响显著,当粒子尺度参数小于20时,在相同模拟精度要求下,所需网格尺寸随尺度参数呈先增大后减小的特征.     

基于时域多分辨率的非球形气溶胶散射并行计算模型设计及验证EI北大核心CSCD

为解决串行时域多分辨率(MRTD)散射模型运行时间长和内存消耗大的问题,基于消息传递接口(MPI)技术设计了一种非球形气溶胶散射并行计算模型。介绍了MRTD散射模型的基本框架和2种并行数据通信方案,并基于MPI重复非阻塞通信技术实现了MRTD散射模型的并行化设计;搭建了网络并行计算平台,实现了模型的并行化计算。将MRTD散射模型与Mie散射模型、T矩阵法进行了对比,验证了并行MRTD散射模型的计算准确性。结果表明,MRTD模型可较准确地模拟非球形粒子散射特性,并行计算技术可显著提高计算效率;电磁场分量同时交换的并行设计方案的计算效率略高于仅交换磁场分量的方案;通过增加中央处理器核数,程序的并行加速比随之增大,但单核运行效率却略有降低。随着粒子尺度参数的增大,单核计算效率随之增加,复折射率的改变并不会显著影响并行计算效率。     

用基于Daubechies尺度函数的时域多分辨分析计算电磁散射

利用Daubechies尺度函数的紧支撑性，将一种新的时域多分辨分析(MRTD)算法应用到三维目标的电磁散射中并分析了其色散特性，使用MRTD/FDTD接口技术解决了连接和吸收边界的处理.算例表明，在不牺牲精度的情况下，该方法比传统的FDTD需要的网格数少，计算速度快.最后，计算了二维PBG结构的反射特性. 关键词： 时域多分辨分析 Daubechies尺度函数 电磁散射     

光电侦察与跟瞄装备测试技术

在现代信息化战争中,光电侦察与跟瞄装备的研制试验和使用维护都离不开其测试技术的保障。从4方面简述了国内外光电侦察与跟瞄装备测试技术的发展现状,目前,可见光及微光成像性能参数已实现数字化的综合测量,其中,像面均匀性和畸变检校的测量不确定度分别达到1%和0.2%,最小可分辨温差(MRTD)等红外热成像系统性能参数已出现客观的评测方法,最大测程等激光测距系统性能参数的测量允许误差极限达到1%以内,多光轴一致性的检校测量不确定度达到2。未来,我国在该领域的研究热点将集中在发展各种现场快速精准的检校手段,以及继续提升红外、紫外、微光和白光成像测试技术等方面,并建立和完善其相应的测试标准和保障系统。     

微光和红外融合装备分辨力测试方法研究

在对微光装备分辨力测试和红外装备MRTD测试系统进行分析的基础上,提出了微光和红外融合装备的分辨力测试方案,利用现有的红外MRTD测试系统,通过改造光源、光源的入射光路和靶板,建立了微光与红外融合图像的图像分辨力测试系统,并对该方案进行了分析。分析结果表明,改造后的测试系统同时实现对红外的反射和对微光的透射,对红外温差的测量精度接近0.01 K,对微光照度的测试精度可以达到1 lx, 对融合图像分辨力的测试满足1/62≈0.891的倍数递减要求。     

单黑体温控的热成像仪MRTD野外在线自动检测技术研究

为满足红外热像仪MRTD野外在线全自动检测要求,设计了一种新型MRTD检测方法。硬件采用单黑体温差控制技术,在减小检测设备体积质量的同时保证了黑体目标与环境背景的温差控制精度,采用串口通信控制与CCD图像采集处理等技术有机结合实现温差控制及图像采集处理的协调统一;在软件上采用优化的处理算法精确地提取目标及背景区域,并利用不同温差下目标与背景区域的灰度差计算出被测热像仪MRTD参数值。经实验检验,该结果与人眼观测所得结果误差在002℃以内,研制出的检测设备具有结构简单、体积及质量小、操作简便等优点。     

Uncertainty Analysis in Triangle Orientation Discrimination Threshold Measurement

The Triangle Orientation Discrimination Threshold (TOD) is a new figure of merit for characterizing the performance of an infrared imager. In this paper, focusing on a reflective infrared target projector, the TOD curve is measured utilizing four alternative forced choice (4AFC) test method. Furthermore, the dominant sources affecting uncertainties in the TOD measure values, are analyzed in detail, the effective temperature difference, sensor, and observer. And, the variation of the TOD measurement is described quantitatively utilizing the uncertainty analysis theory. Simulation results show that the TOD measurement values vary in a small range, which show a higher stability than minimum resolvable temperature difference (MRTD) measure values. Project supported by National natural foundation of China (No: 60477038).     

热成像系统MRTD数学模型的研究

通过研究热成像系统MRTD数学模型发展的历史及成果，推演和变换了最具代表性的10种最小可分辨温差方程，研究分析了各方程之间的内在联系和异同，从而在匹配滤波模型的基础上推导出新的MRTD方程。经理论推导发现建立起来的模型通过近似推导能推导出最具代表性的斯科特方程、罗切斯方程和劳埃德方程。新建立起的方程不仅消除了太多的取样近似，完整描述了三维噪声，而且在眼／脑空间积分中包括了扫描效率和过扫比的影响。     

Characterization of the Performance of Micro-Scanning Infrared Imager

According to the working mechanisms of micro-scanning imagery, an application-oriented analytical method of micro-scanning imager is proposed. Firstly, the sensitivity and resolution of infrared imaging system based on the micro-scanning are characterized respectively, and the modification of Minimum Resolvable Temperature Difference (MRTD) model due to the micro-scanning is implemented. A comparison of MRTD curve between the staring and micro-scanning imaging system is performed. Finally, the field performance of micro-scanning based infrared imaging system is predicted and discussed with the target acquisition model. The simulated results show whether micro-scanning improve the infrared imaging system performance depends on the other imaging system parameters, and working conditions.