一种新的热像仪作用距离表示方法

提出了一种利用噪声等效温差(NETD)计算热像仪作用距离的方法.分析了NETD的定义、表达式及其实际使用意义,建立了用NETD表示的热像仪作用距离方程,算法合理准确,提高了热像仪的利用效率.     

空间目标探测与识别的波段选择

介绍了根据目标的反射率实验测量和大气光谱特征对大气层外目标进行探测的波段选择方法.测量出样品及标准板的反射光强度,计算出样品的光谱反射率,在考虑空间目标自身的辐射强度、光谱反射率、背景大气的辐射亮度、目标-背景对比度、不同波段斜程透过率等诸多因素后进行波段选择.利用MODTRAN大气传输模型计算了目标亮度、背景大气的辐射亮度、对比度以及不同波段斜程透过率的典型光谱特征、并进行光谱特征分析,综合考虑目标的视亮度以及对比度,结果表明0.76～0.90 μm是包覆黄色镀铝聚酯薄膜的目标最佳探测波段,0.52～0.60 μm是包覆银色镀铝聚酯薄膜的目标最佳探测波段.     

热像仪空间NETD测量技术

凝视阵列型热像仪的空间噪声制约着热像仪对远距离目标的探测、分辨、跟踪性能。为解决热像仪空间噪声实际测量问题,分析了热像仪的空间噪声测量原理,给出了热像仪基于信号传递函数的空间噪声测量数学模型,介绍了热像仪某一组、某一区域或全部像素如何剔除时间域NETD,再通过统计计算得到其空间NETD的数学模型。对制冷型MCT320256凝视列阵热像仪的SiTF和空间NETD进行测量,当背景黑体温度为5 ℃时,FOV区域中心信号传递函数（SiTF）为27.29 mV/℃,NETD为0.128 ℃,20 ℃时FOV区域中心SiTF为29.03 ℃,NETD为0.121 ℃。测量结果表明:该方法可评估空间噪声对热像仪性能的影响。     

低噪声红外辐射计设计

为解决热像仪测试设备校准问题,设计了内部参考黑体温度与环境温度相等的红外辐射计。为评估精密红外辐射计的性能指标,指导精密红外辐射计的设计,建立了红外辐射计NETD (噪声等效温差,Noise equivalent temperature difference)数学模型。估算了在不同电子带宽、光谱波段下红外辐射计的NETD。结果表明,当噪声带宽小于1 Hz时,红外辐射计自身的NETD在MWIR(mid-wavelength infrared )、LWIR(long wavelength infrared)波段均小于0.01℃,能够满足热像仪测试设备校准需要。     

雪的热辐射多角度偏振特性研究

针对现今遥感对地面目标自身热辐射偏振特性研究的需要,对雪的热辐射多角度偏振特性进行测量,分析探测天顶角、探测方位角、波段、偏振角四个因子对雪的热辐射特性的影响。结果表明：雪的辐射亮度和亮度温度均随探测天顶角的增大而增大,当探测天顶角＞30°时,增长速度加快,且探测天顶角对雪的亮度温度的影响较辐射亮度更为显著;探测方位角的变化对雪的辐射亮度和亮度温度有一定的影响,且对雪的亮度温度的影响较辐射亮度更为显著;波段的变化对雪的辐射亮度和亮度温度均有显著影响,相比而言,其对辐射亮度的影响更为显著;偏振角的变化对雪的辐射亮度和亮度温度有一定的影响,且对亮度温度的影响较辐射亮度较为显著。该研究成果为应用遥感技术开展雪的热红外定量研究提供了新的思路与方法,具有重要的理论意义和广阔的应用前景。     

空中目标多波段红外辐射特性描述与仿真分析

针对空中目标在复杂背景下的探测需求,根据实际目标的运动特性,分析目标在飞行高度、飞行姿态角改变时的辐射特点,基于MODTRAN计算得到大气辐射和衰减数据,建立目标的三维模型、热辐射和反射模型,搭建空中目标的红外成像仿真系统.分析和仿真结果表明:在中波波段,目标尾焰的红外辐射比蒙皮强很多,在长波波段,蒙皮的红外辐射比较强,仿真图像的细节比较多,尾焰的红外辐射虽然有所减弱,红外成像效果依旧很好;相同探测条件下,由于位置越高大气越稀薄,探测器的可探测距离会变得比较远.目标红外辐射特性的分析和红外仿真系统的搭建对缩短红外探测器的研制周期和进一步确定探测器波段和系统分辨率等指标提供了参考依据.     

反射式TDICCD光学遥感器波段选择

光谱波段是光学遥感器设计中需要考虑的一个重要指标。首先对探测海洋目标的反射式TDICCD光学遥感器需要选择的光谱波段进行分析,应用LOWTRAN 7软件对0.4μm～1.0μm波段的大气透过率进行了计算,同时对典型的海洋目标（如船体）、海水的光谱反射率及其对比度进行分析,最后对遥感器的入瞳辐射亮度和信噪比进行了估算。计算结果表明：遥感器光谱波段选择0.5μm～0.9μm波段,在入瞳辐射亮度和信噪比等方面优于选择0.5μm～0.8μm波段。这一结论为实用系统的波段选择提供了依据。     

高超声速飞行器红外可探测性能研究

以高超声速乘波体为例,针对稀薄大气空间高超声速目标的红外可探测性能进行分析研究。采用工程算法计算了不同飞行条件下的飞行器驻点热流分布,由此得到其辐射平衡温度;采用小区间求和方法计算大气对红外辐射的传输衰减作用;考虑了目标与背景辐射强度差异、点目标成像的弥散现象对探测器作用距离的影响,建立了新的红外探测系统作用距离计算模型。仿真实验表明,弥散系数随着目标探测器间距离而变化;随着飞行器飞行速度的增加,系统对目标的探测距离增大,同时与长波波段相比,中短波波段时的探测距离更大。外场试验结果表明,与现有算法相比,本文方法具有较高精度。     

水下航行器热尾流目标海平面探测红外成像仿真

红外成像是探测水下航行器海平面热尾流目标的重要方法。采用建模仿真的方法，基于尾流区海平面温度分布特征，结合三维坐标变换和投影映射方法实现热尾流目标的红外成像仿真过程，得到在相同探测条件下热尾流的辐射能量随波段的分布，以及不同探测方位角与高度下热尾流在像平面内的形态及红外辐射亮度的变化规律。论证了噪声对典型工况条件的热尾流与背景海面的对比度和清晰度，以及热尾流目标的探测和识别难度的影响。仿真结果表明:相同探测条件下，热尾流在8 μm~12 μm波段的辐射能量远远大于3 μm~5 μm波段；随着探测高度的增加，热尾流区域的红外辐射观测亮度逐渐减小；探测路径长度一定时，探测天顶角增大，热尾流红外辐射观测亮度减小，并且热尾流在像平面内所占区域逐渐减小。     

飞艇红外探测系统探测高超声速目标性能研究

以X-51A为例,研究了飞艇红外探测系统对临近空间高超声速目标的探测性能。首先,根据飞行器的飞行状态和飞行高度建立了临近空间高超声速目标不同波段的红外辐射特性模型,以及随高度变化的目标背景红外辐射强度模型;其次,综合考虑飞行器与飞艇高度、地球曲率及红外辐射在大气中传播的波段选择性等因素,建立了红外辐射在临近空间大气中传播的透过率模型;在此基础上,建立了飞艇红外探测系统对高超声速目标的探测距离模型。通过仿真得到了临近空间高超声速目标在不同飞行状态下3个波段的红外辐射强度随目标飞行高度变化的曲线,以及飞艇红外探测系统对飞行器在不同飞行状态下3个红外辐射波段的探测能力。研究结果表明:飞艇红外探测系统对高超声速目标的有效探测距离可以达到百公里量级;当飞行器飞行状态一定时,随着飞行器飞行高度的增加,系统对目标的探测距离先增大后减小;与长波波段相比,中短波波段的探测距离更大,并给出了临近空间飞艇应尽量布置在海拔高度大于18 km的高空中的部署建议。     

红外双色复合仿真系统测温技术研究

为了模拟红外制导时目标和干扰的等效辐射环境,并比较单色测温和比色测温两种方法在复杂环境下目标测温效果的差异,利用红外双色复合仿真系统对空间6 km处目标和干扰弹进行了实物模拟.通过准确标定的热像仪,采用单色和比色测温两种方法对不同温度的目标和干扰进行测试.利用经标定的中波热像仪和长波热像仪对黑体测温,黑体温度为(20~60)℃时,长波热像仪的绝对误差限为0.5 ℃;黑体温度为(50~120) ℃时,中波热像仪的绝对误差限为0.2 ℃.当目标温度为500 ℃、干扰温度为1 000 ℃时,用长波红外、中波红外、比色方法测得的目标温度分别为28.5 ℃、148.3 ℃、322.4 ℃,干扰温度分别为56.7 ℃、223.2 ℃、660.1 ℃.实验结果表明,在复杂环境下采用比色测温方法更能真实反映目标的温度特性.     

An approach for the performance analysis of an uncooled infrared bolometer imager

As an approach for analyzing an uncooled infrared bolometer imager, a method is introduced which supposes that a thermal system is built into the infrared radiation detection mechanism. In this analysis, the bi-directional radiation energy flows between two thermal elements are considered and a radiation thermal conductance between them is defined. Based on the values of the radiation thermal conductances and conventional material thermal conductance, an equivalent thermal circuit for a bolometer detector element is extracted. Calculations were carried out using software written in visual C++. The analysis shows a Noise Equivalent Temperature Difference (NETD) of 50 mK is obtained as a typical value, assuming that no additional noise other than temperature fluctuation noise exists, and that the NETD becomes better as the system time constant built into the equivalent thermal circuit increases.     

用NETD表达的红外作用距离方程

从红外系统作用距离的普遍方程和等效噪声温差的定义出发，推导出用MBID表达的红外系统作用距离方程。     

Some new results of IR systems'' sensitivity equations

Typical IR systems' sensitivity equations have been established for decades, these include the NETD equation for IR imaging systems, and the acquisition and tracking range equations for IR searching and tracking systems, but they only fit the specific or simplified conditions. For example, the NETD equation can only be used for systems tested under the standard condition. In the field application, we must deal with the noise equivalent radiance difference NELD, not the NETD, and give out its explicit equation for concrete calculation. For the range equation, when the small target, often called a point source, is not strong enouph, i. e., when the target contrast is seriously decreased, we must consider the unneglectable background effect. In this paper, we summarrize some more general and valuable IR systems' sensitivity equations, which can be used for the practical engineering analysis and projection effectively.     

扫描型热像系统均匀性校正方法研究

随着热像系统时域噪声等效温差（NETD）的不断下降,残余固定图形噪声（RFPN）的不稳定性成为制约系统性能,特别是制约系统识别能力的一个关键因素。通过分析热像系统响应非均匀性产生的机理,介绍一种扫描型热像系统获得场景平均辐照度点的方法,实现了以场景平均辐照度点为校正基准点的动态校正。采用该方法研制的热像系统在（0～50）℃场景动态范围内可使系统的RFPN小于15mK。通过样机冬、夏两季外场试验以及各种环境试验,验证了该校正方法在热像系统温度发生变化以及场景辐照度发生变化时具有良好的适应性。     

高精度非致冷长波红外热像仪的辐射标定

为使非致冷长波红外热像仪在不同温度下保持较高的测温精度,建立了考虑探测器工作温度效应的非致冷长波红外热像仪的辐射标定模型。对非致冷长波红外热像仪进行辐射标定实验,在不同黑体温度和不同亮度增益值条件下,获得了16组图像灰度与探测器工作温度之间的函数关系,建立了目标温度的数学计算模型,并对定标结果进行了实验验证。结果表明：在25～40℃,探测器的工作温度效应可做线性化处理,且与目标温度无关。通过设定合适的亮度增益值可使红外热像仪的测温误差〈0.5℃,极大地提高了非致冷长波红外热像仪在不同温度环境下的测温精度。     

采用多种红外视距模型的子弹辐射探测系统作用距离分析

本文基于子弹飞行过程中的红外辐射特性和热成像模型,结合大气对红外辐射吸收和散射衰减,在不同距离处将子弹热成像模型视为扩展源目标和点源目标,利用最小可探测温差(MDTD)、最小可分辨温差(MRTD)和噪声等效功率(NEP)分别给出了相应红外视距模型的估算方法。根据红外热像仪常用参数以3种蒙皮温度给出了3种不同模型下子弹辐射作用距离的计算实例及结果:MDTD模型下得到的作用距离最长,MRTD模型计算所得的作用距离约为MDTD模型的2/3,由NEP模型计算所得的作用距离最短,不到MDTD模型视距的1/2。研究表明,实际设计时应根据不同的系统性能选择作用距离模型。     

海空背景下点目标红外成像系统信噪比的估算

在海空背景下,从目标与环境辐射特性之间的关系出发,针对不同的大气条件对点目标成像过程中的大气衰减分别进行了计算。使用NETD方法对在相应条件下不同距离上的热成像系统的信噪比进行了估算。分析比较了直接温差估算法和间接温差估算法两种信噪比的计算结果。