红外导引头探测能力的数学建模

分析了影响红外导引头探测能力的关键因素 ,采用噪声等效通量密度来表征导引头系统的探测能力 ,研究了系统的信噪比 :目标的红外辐射包括目标自身的热辐射 ,以及目标反射地球、太阳和天空的辐射。作用在探测器上的总的噪声等效通量密度为大气背景的噪声等效通量密度和系统自身的噪声等效通量密度的均方根和 ,推导出了红外导引头探测能力的数学模型 ,并对大气光学效应和气动光学效应的影响进行了初步讨论。     

真空条件下低温红外辐射测量技术研究

针对红外载荷在轨服役期间低温目标的红外辐射探测需求,提出一种真空条件下的低温红外辐射测量方案,并研制了测量装置。测量装置主要由低温红外光学系统、低温机械结构、低温红外探测系统及微弱信号处理系统构成。低温红外辐射经过光学系统会聚到探测器像面,锁相放大器利用相干检测技术将目标信号提取,完成低温红外辐射的测量。测量装置研制完成后,在真空仓内使用标准黑体辐射源,在198 K～423 K温度范围内进行了低温红外辐射定标试验,取得了有效的试验数据,测量不确定度在5%以内。该文提出的真空条件下低温红外辐射测量技术可为在轨空间红外载荷低温红外目标探测设计提供重要数据支撑。     

环境对中波红外探测器测温精度的影响

为了分析环境辐射和大气吸收对红外辐射特性测量精度的影响,对基于中波红外探测器的红外测温进行了研究。首先,介绍了影响中波红外探测器测温精度的几种辐射能,根据测温模型得出了红外探测器像元灰度值和辐射照度之间的关系公式,并进一步推导出辐射测温的修正公式。以高精度面黑体为目标进行了测温实验,对红外探测器像元的灰度值进行修正并计算测温误差。结果显示,修正前、后测温误差的均方根分别为3.56℃和0.27℃,测温精度得到了显著的提高,表明该修正公式可准确地修正环境和大气吸收对中波红外探测器测温精度的影响。     

引信红外偏振成像探测机理及关键技术

目标处于复杂场景时会对目标探测带来负面影响的干扰,会给目标识别带来了很大的影响。红外偏振成像探测是利用人造目标与自然目标以及真实目标与伪装目标的红外辐射偏振特征的差异来提高目标识别效果的。在复杂背景下识别和攻击目标是引信智能化的重要体现,因此探讨如何将红外偏振探测技术应用于引信是十分必要的。在分析红外偏振成像探测机理的基础上,对该技术用于引信的关键技术问题进行了分析,为引信红外偏振成像探测的研究奠定了基础。     

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。     

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。     

终点弹道段飞行弹丸中波红外触发技术研究

在靶场测试领域,触发器主要用于探测弹丸出射时产生的物理现象,并输出弹丸击发零时刻触发信号,以启动不同的后续弹道测试设备工作,实现多参数的同步。现有触发器易受环境影响,体积较大不易搬运,使用局限性较大。为解决以上局限性,通过研究飞行弹丸在终点弹道段红外辐射特性,选择合适的中波红外探测器,设计中波红外触发器,通过光学结构对中波红外信号聚集,聚焦在PbSe探测器的光敏面上,设计相应的信号处理电路,实现对弹丸的准确探测。经实验验证,该触发器能够在35 m内对弹丸进行有效探测,输出可靠触发信号,探测灵敏度高,具有良好的环境适应性和可靠性。     

地面传感器的探测原理

 地面传感器,是指能对地面目标运动所引起的电磁、磁、声、地面震动和红外辐射等物理量的变化进行探测,并转换成电信号的设备.     

近紫外探测系统作用距离分析

阐述了近紫外探测系统工作原理,在此基础上建立了基于探测器信噪比分析的近紫外作用距离模型,并详细分析了近紫外谱段目标、背景辐射特性及大气传输对探测距离的影响。以实验室现有近紫外探测器为例针对所建模型进行系统作用距离研究,最终得到不同积分时间下该探测系统的作用距离。上述方法可用于实现对近紫外探测系统作用距离的预判,为近紫外探测技术的发展与深入研究提供参考。     

空间目标地基观测红外辐射特性研究

构建空间目标辐射特性对于发展空间态势感知技术具有重要意义。本文针对空间目标红外辐射特性,基于有限元方法,采用非结构四面体网格研制了仿真程序,通过矢量坐标变换,计算得到了目标各表面受到的轨道外热流,并结合表面材料和双向反射分布函数（BRDF）对目标各表面温度和红外辐射特性进行了仿真,并与文献结果进行了对比。进而考虑大气衰减和背景辐射的影响,对地基探测条件下升轨和降轨弧段的目标光谱辐射强度进行了分析。结果显示：对于三轴稳定太阳同步轨道沿飞行方向固定式帆板卫星,各表面在阳照区和地影区内温度变化范围较小;使用8～14μm长波波段对目标进行观测的效果比3～5μm中波波段好;辐射强度最大值在770 W/sr左右;地基红外光谱探测受大气影响较大,需要对探测波段进行优选。     

近紫外探测系统作用距离分析

阐述了近紫外探测系统工作原理,在此基础上建立了基于探测器信噪比分析的近紫外作用距离模型,并详细分析了近紫外谱段目标、背景辐射特性及大气传输对探测距离的影响。以实验室现有近紫外探测器为例针对所建模型进行系统作用距离研究,最终得到不同积分时间下该探测系统的作用距离。上述方法可用于实现对近紫外探测系统作用距离的预判,为近紫外探测技术的发展与深入研究提供参考。     

弹道导弹再入段地面红外探测仿真分析

为改善弹道导弹再入段地面红外探测效果,考虑导弹再入过程中气动加热、红外辐射的大气衰减以及背景辐射等因素,建立起弹道导弹再入段地面红外探测仿真分析模型,并估算分析了探测系统在不同状况下信噪比.分析结果表明:优选工作波段、增加系统口径及曝光时间、改善光学设计、选择晴朗无云天气观测等均有利于改进地面红外观测效果.     

弹道导弹再入段地面红外探测仿真分析

为改善弹道导弹再入段地面红外探测效果,考虑导弹再入过程中气动加热、红外辐射的大气衰减以及背景辐射等因素,建立起弹道导弹再入段地面红外探测仿真分析模型,并估算分析了探测系统在不同状况下信噪比.分析结果表明：优选工作波段、增加系统口径及曝光时间、改善光学设计、选择晴朗无云天气观测等均有利于改进地面红外观测效果.     

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.     

复杂气象条件下机载中波红外系统对地目标探测识别仿真与运用研究

针对3～5μm机载中波红外系统复杂气象条件下对地目标探测识别问题,在理论研究的基础上,采用PcModWin大气仿真软件,进行了清洁大气、雾、云、雨等气象条件下的模拟仿真实验,分析了不同气象条件下不同距离范围内该波段红外辐射透过率分布曲线和峰值参数的变化规律,结合大气分子学理论,证明了探测角度、大气能见度、雾型、云层类型、降雨(雪)强度等,都是影响该波段机载红外系统对地目标探测识别效果的重要因素,提出了工程运用中应当采取的策略方法。研究结果对后续工程试验和运用实践具有指导作用,可提高该波段机载红外系统的应用效果。     

红外烟幕遮蔽率及其分布表征方法

目标与背景的辐射对比度是红外系统探测目标的主要依据,也是烟幕干扰重点降低的一个参量。结合辐射对比度的定义和红外定标原理,由目标和背景的视在辐射亮度引入其视在辐射对比度,并与目标和背景热像图的灰度值关联起来。利用烟幕遮蔽前后与目标和背景视在辐射对比度变化相对应的热像灰度对比度的变化,对烟幕遮蔽率进行表征。用提出的背景灰度方法对干扰实验结果进行了表征,计算得到3组试验的背景灰度值分别为91.902 4、88.002 0、33.285 6,并获得了目标区域各像元遮蔽率的直观分布图,克服了以往以点代面的评价方法。     

根据环境温度进行红外成像系统漂移补偿

采用红外成像系统进行目标辐射特性测量时,环境温度变化引起的输出灰度漂移是一项重要的误差来源。通过研究环境温度对制冷型红外成像系统输出灰度的影响机理,提出了一种直接根据环境温度对输出灰度漂移进行补偿的方法。分析了红外成像系统灰度漂移来源,推导了漂移量与环境温度的函数关系,建立了理论模型,并在此基础上提出一种简便的漂移修正方法。通过辐射定标实验对该方法的有效性进行验证,结果表明,提出的方法不仅保证了红外系统测量精度,而且在系统线性响应范围内可以直接通过计算实现任意积分时间下的漂移补偿,提高了辐射定标和测量效率。     

楔环形贫点阵探测器探测机制仿真研究

介绍了一种新的微小型楔环形贫点阵红外探测器,着重研究了其特殊的探测机制.采用合并像素的方式仿真生成楔环形贫点阵图像,借助对数极坐标变换分析得出,它在中心处信息最大,在边缘处信息量小,以灰度直方图作为统计手段和依据,采用自适应类直方图实时阈值分割的方法,完成目标的检测;采用基于状态机循环处理的目标跟踪方法,对目标可能所处的状态进行划分,并利用序列图像估计位置和速度信息,完成目标的跟踪.应用基本图元对楔环形贫点阵图像进行测试,对于不同形状不同朝向的基本图元,结合像元灰度值之间的比例关系,能够将其区分.结果表明,楔环形贫点阵探测器用于目标探测与识别的可能性是存在的,继续相关研究很有意义.     

傅里叶红外成像光谱仪中干扰现象的分析与消除

针对傅里叶红外成像光谱数据中的一种干扰现象和消除方法进行了分析和研究。在傅里叶红外成像光谱仪中,在某些情况下会在光谱数据中出现一种尖锐凸起的干扰峰。该种干扰峰的峰位位置不固定,且幅度会发生较大的变化。从红外探测器、大气吸收特性、目标辐射特性、系统噪声等几个方面对该种现象的出现进行了分析。提出了该种现象出现的原因是由于红外探测器的灰度浮动造成的。针对该干扰现象的形成机理,提出通过噪声拟合法来消除这一干扰。经过实验验证,提出的方法可以有效地消除傅里叶红外成像光谱仪中的这种干扰峰,能有效提高傅里叶红外成像光谱仪的检测效果和抗干扰能力。     

弹道导弹尾焰红外探测性能的大气影响分析

针对高轨道红外探测系统,分析了弹道导弹尾焰的红外探测性能。采用大气校正软件PCModWin对不同高度和不同太阳天顶角下的大气透过率和大气背景辐射进行了计算。根据计算结果,对系统作用距离、信噪比和信杂比等红外探测性能参数进行了分析。分析表明：信杂比指标满足系统设定要求;作用距离和信噪比性能指标并不理想;通过改善探测器和光学系统参数提高性能指标,可达到系统设定要求。