光学仪器 跟踪、瞄准、光电对抗设备

O434．12 2005053966 紫外告警系统探测距离的估算=Estimation of detectable distance for ultraviolet warning system[刊,中]／娄颖(北京 理工大学信息科学技术学院光电工程系．北京(100081)), 白廷柱…∥光学技术．-2005,31(3)．-473-475 介绍了紫外告警原理及紫外告警系统的结构组成。 基于典型目标(导弹)的紫外辐射特征和紫外辐射的大气 传输特性,结合紫外告警系统探测器件的性能参数,根据 像平面照度公式,提出了紫外告警系统探测距离的估算方 法及模型,实例计算并验证了紫外告警系统在不同观察方 位角对固体推进剂导弹的探测距离。分析研究表明,改变 (CCD)最小照度值,像管的增益,光学系统的透过率和相对 孔径等探测传感器的性能参数,可以提高紫外告警系统的 探测距离。图3表3参5(王淑平)     

ICCD紫外告警系统能量传递过程分析

从目标的辐射能量传递出发,针对紫外告警系统的作用距离估算问题,分析了辐射照度与辐射通量两种形式下的能量在ICCD紫外告警系统中的传递过程。分别将上述过程用于实例的计算,得到了CCD靶面能量与作用距离的关系。此过程的分析为建立基于点源探测和基于成像探测的紫外告警系统作用距离估算模型提供了理论依据。     

基于弹道的紫外告警系统探测方位角及规避时间仿真分析

提出基于比例导引规律的弹道三维仿真方法,利用弹道仿真法计算了紫外告警系统的探测方位角以及规避时间,分析了来袭导弹距离、威胁方向对探测方位角的和规避时间的影响。结果表明:当导弹在一定距离外,探测方位角随导弹距离的减小而增大、随威胁方向的增大先增大后减小,并且飞机以某威胁方向飞行时,告警系统对某距离范围内的导弹探测方位角几乎没有变化,规避时间随威胁方向的增大而减小。     

大视场紫外告警相机光学系统研究与设计

为了提高紫外探测器系统的信噪比,确保紫外告警相机的低虚警率,分析与研究了大视场紫外光学系统的结构型式,采用反远距、准像方远心光路,实现了大视场光学系统的像差校正,使系统具有优良的成像质量及均匀的像面照度.设计了波段范围为0.254~0.272μm、视场角为110°、相对孔径为1/3的光学系统.系统成像质量良好,畸变小,像面照度均匀.成像质量分析结果表明:全视场最大弥散斑半径小于53.7μm,轴上、轴外视场像面照度均匀性小于15%,0.85视场的相对畸变小于20%,满足紫外告警相机的使用要求.     

基于信噪比的紫外红外复合告警系统模型

提出一种将红外告警与紫外告警相复合的全新的告警模式。该模式能够在保证探测精度、探测距离的前提下大大降低系统虚警率,提高平台的战场生存能力。参考目前流行的设计方法,针对所提出复合告警模型,我们采用了一种基于信噪比的方法进行了模型的建模,并分析了大气透过率、探测器性能、探测信噪比以及目标背景辐射之间的关系,确立了系统探测距离和所需光学孔径的关系以及系统分辨率和光学系统焦距的关系。经过分析和测试该模型完全满足系统设计的需要,对后续的光学和机械伺服参数的确定起着重要的作用。     

紫外告警技术的现状与分析

介绍了国外导弹紫外告警技术的发展情况 ;比较了紫外告警技术与红外告警技术的优缺点 ;分析了国内紫外探测技术的研究现状 ;探讨了紫外告警研究的关键技术     

一种新型真空型紫外成像探测器

针对紫外告警的关键元器件——紫外探测器，简述了紫外告警的特点及发展，紫外辐射的大气传输特性和紫外探测器的发展。详细介绍了一种新型响应波段为105nm～300nm的真空型紫外成像探测器，其光电阴极具有“日盲性”，管型采用近贴聚焦结构，从而使得弥散和像差得以减小。探测器读出系统有光耦合读出和电耦合读出2种读出方法：光耦合读出系统能实时响应；电耦合读出灵敏度高，分辨力强，探测距离远。采用自动门控BSP电源，可实现大动态范围探测，并对光电阴极和微通道板起到保护作用。     

双谱段全景电晕探测光学系统

为扩大电晕系统探测范围、提高实时探测能力,采用折反射全景结构建立了一种新型双谱段("日盲"紫外/可见光)电晕探测系统.介绍了双谱段折反射全景电晕探测系统工作原理,并根据系统要求确定了镜组结构及子系统光学参量.在分析折反射全景系统像差特性的基础上,研究了折、反射子光学系统间像差补偿及照度均匀性改善方法.完成了视场角为360°×(45°～90°)、相对孔径1∶2的双谱段全景电晕探测光学系统设计.分析结果表明:"日盲"紫外全景系统各视场能量集中度100%弥散圆直径均小于紫外ICCD像元尺寸30μm;可见光紫外全景系统各视场MTF0.5@83lp/mm.像面照度均匀性优于99.8%;满足了大视场,大相对孔径及高均匀性像面照度等电晕探测需求.     

高强度红外辐射模拟器技术研究

高强度红外辐射模拟器用于模拟被导弹告警系统探测到的逼近导弹在3~5μm波段的红外辐射强度,能够测试导弹告警系统的防御反应的性能和正常工作情况。高强度红外辐射能量由一个大型反射光学系统及其焦点上的强红外源设计实现。辐射投射强度可通过光学系统前的两组电机驱动的平行狭板以百叶窗的方式控制。对设备的能量均匀性及能量强度进行严格测试。结果表明:设备辐射强度测试值均达到840W/sr,且辐射均匀性达到了89%,均满足设计使用要求。     

紫外像增强器分辨力校准装置与方法研究

紫外像增强器作为导弹紫外告警系统、紫外预警系统以及各类紫外辐射监测系统的核心部件,其参数准确与否,直接影响到系统的图像质量。为保证测试数据的准确性,研制紫外像增强器分辨力校准装置,校准装置所用紫外光源是波长范围为200 nm～400 nm的紫外光,相对应的分辨力靶、滤光处、光学成像系统均要求能够透射紫外光,由于紫外波长较短,容易引起散射效应而产生大量的杂散光,设计的分辨力靶采用紫外级石英,紫外光学成像系统采用透射式结构,选用同轴共轭透镜作为紫外光学成像系统。实验和测量不确定度分析验证校准装置的测量不确定度为5%。     

紫外成像告警系统信噪比的研究

对紫外告警系统成像子系统的信噪比进行了研究与分析,应用一种新的根据ICCD紫外成像系统采集的图像进行计算信噪比的方法,该方法解决了常用信噪比测试方法中待测参数多,采用测试仪器多,带来的误差较大等问题。根据该方法所搭建的实验系统不仅实现了数据的快速处理,还使观察者能够直观地看到被测目标的动态图像,同时也可以利用该方法系统地分析紫外告警成像子系统的不同情况下的噪声的特性。     

紫外像增强器辐射增益测试系统设计

针对辐射增益是紫外像增强器的主要性能参数,决定着紫外像增强器的综合性能,提出一种用于测试紫外像增强器辐射增益的测试仪,测试波长范围为200 nm~400 nm,亮度测量视场角可选(1/8)、(1/4)、(1/2)、1、2、3。通过改变微通道板电压、阴极电压和荧光屏电压等参数,完成对紫外像增强器的辐射增益测试,测试结果表明:测试曲线变化趋势和紫外像增强器的工作特性相吻合,入射紫外辐射强度调节范围为10-11W/cm2～10-7W/cm2,辐射计最低探测强度可达10-11W/cm2,最低亮度探测阈值可达310-4cd/m2,辐射增益测试重复性优于8%。     

固体火箭发动机羽烟紫外辐射特性分析

为了研究推进剂类型和铝粉含量对固体火箭发动机羽烟紫外辐射特性的影响,采用二维流场和三维辐射传输相结合的方式建立羽烟紫外辐射模型,模型中可考虑热发射、CO+O化学发光、OH自由基化学发光、以及不同状态和直径Al2O3颗粒辐射特性等紫外辐射机理。利用模型计算了双基、改性双基和复合推进剂羽烟的紫外辐射分布,并以复合推进剂为例,研究了铝粉含量对羽烟紫外辐射特性的影响。研究结果为紫外预警系统判断导弹的类型,以及导弹紫外隐身性能的提高提供了参考。     

天基激光告警系统成像特征及信噪比研究

目标成像特征和信噪比是天基激光告警系统优化设计、目标检测及攻击事件判定的重要依据.在介绍告警系统结构的基础上,分析计算了攻击激光成像光斑的情况,并进行了实验验证,讨论了系统的背景光噪声环境,计算了入瞳处的背景光辐照度,推导了系统成像信噪比公式,并得到了攻击激光成像信噪比.结果表明:攻击激光在正入射情况下的理论光斑直径约...     

基于红外图像形心优化提取的汽车夜视安全系统

为了提高汽车夜间行驶安全性能,设计并实现了一套基于红外图像处理的夜视安全系统。使用被动式红外相机对车辆和行人进行红外成像以得到车辆前方行人和车辆的准确位置;测距必须确定对象的形心,对红外图像的灰度值进行判定区分行人和车辆,对行人使用中值空域滤波方法进行降噪,对车辆使用db4小波进行预处理,然后使用基于图像边缘的图像分割方法进行图像分割,使用最大类间方差评估确定分割结果,再进行区域提取得到形心坐标;使用小孔成像模型计算形心与本车的距离,提取本车速度、加速度参数计算理论碰撞时间,当理论碰撞时间小于时间阈值时进行声光告警,从而实现实时预警。系统使用DIR-384-P红外相机,系统算法使用PFGA实现,测试结果表明,经过标校和加固后,系统与目标存在5米距离时,车辆测距的误差率达到2.74%,行人测距的误差率低于3.9%,具有一定的实际应用价值。     

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。     

固体火箭发动机羽流辐射光谱测温方法研究

固体火箭发动机羽流具有高温、高速与强辐射特征,羽流温度是发动机工作状态与性能的重要表征参数。准确测量固体火箭发动机羽流温度对了解发动机内部燃烧情况以及发动机综合性能具有重要的参考价值。随着激光与光谱学的发展,激光光谱技术逐步应用于固体推进剂燃烧及发动机羽流温度测量。辐射光谱测温法通过测量火焰辐射光谱来实现温度的非接触在线测量,具有测温范围宽、响应快及可靠性高等优点,可应用于固体火箭发动机羽流温度测量。在此提出了基于火焰辐射光谱的固体火箭发动机羽流温度测量方法,采用350～1 000 nm波段光纤光谱仪搭建了发动机羽流火焰辐射光谱测量系统,利用标准辐射黑体炉开展光谱仪响应系数标定,获得响应系数随波长的变化曲线,并以此用作羽流辐射光谱数据修正。之后将该测量系统应用于标准Φ118固体火箭发动机地面试验,开展典型12%铝质量含量推进剂发动机羽流辐射光谱实验测量,选取不同时刻羽流辐射光谱分析了发动机羽流辐射光谱特征,并利用双色法灰性判断原理对羽流火焰灰体特性进行讨论,验证在675～745 nm波段发动机羽流火焰辐射可近似认为灰体,该波段辐射率随波长变化最大相对偏差为4.01%,相对均方差为1.53%。因此,基于普朗克辐射定律开展辐射光谱拟合参数获得不同时刻羽流温度与辐射率参数,并讨论测量结果与发动机工作状态的关系。最后,开展12%,15%与19%铝质量含量的不同推进剂配方固体火箭发动机羽流辐射光谱测量,将辐射光谱法温度测量值与理论热力计算值进行比较,两者最大偏差值为5.40%,讨论了不同铝含量推进剂发动机羽流辐射光谱特征,并结合温度与辐射率测量结果,分析了固体推进剂铝含量对辐射光谱、羽流温度及辐射率的影响。通过固体火箭发动机羽流辐射光谱测温方法研究,为固体火箭发动机性能评估及推进剂配方优化等研究提供了有效的羽流参数测量手段。分析获得的推进剂铝含量对发动机羽流辐射光谱、温度及辐射率参数的影响,为降低固体发动机羽流特征信号提供了重要的实验数据支撑。