红外隐身涂层发射率预测模型

针对红外隐身涂层发射率受颜料形状和涂层微结构等参数影响的问题,建立了基于有效介质理论和Kubelka-Munk理论的红外隐身涂层发射率预测模型.采用了Maxwell-Garnett有效介质近似模型,以Al作为颜料粒子,计算得到了含有空气和球形Al粒子的涂层等效折射率与波长的关系.从电磁波与颜料相互作用的机理出发,对涂层结构材料内部的后向散射效应进行了研究,结合几何光学理论计算了涂层的散射系数和吸收系数,以ZnS作为颜料粒子,定量分析了颜料形状和微结构参数对涂层发射率的影响,得出了涂层发射率与颜料粒子半径、体积百分比、等效折射率的关系.计算结果表明:该模型对红外隐身涂层的制备具有一定的指导作用.     

红外隐身涂层发射率的仿真计算

建立了基于Kubelka-Munk理论的红外隐身涂层发射率仿真计算模型。以Al粉颗粒作为颜料粒子,采用Maxwell-Garnett有效介质理论计算分析了涂层的等效折射率与波长的关系。从电磁波与颜料相互作用的机理出发,采用几何光学理论计算得到了涂层的吸收系数和散射系数。定量分析了铝粉颗粒粒径以及体积分数对涂层发射率的影响。结果表明,该模型对红外隐身涂层的制备具有一定的指导意义。     

红外隐身涂料发射率的影响因素研究

介绍了红外隐身涂料发射率测试的原理及方法,同时,讨论了基底(基底材料和基底颜色)、涂刷次数、涂层表面粗糙度、老化时间对红外发射率值的影响,结果表明:红外隐身涂料的发射率随着基底发射率的增大、涂刷次数的增加和老化时间的延长而增大;光滑表面涂层的红外发射率要低于粗糙表面涂层的红外发射率.     

聚氨酯基红外-激光兼容隐身涂层性能研究

以三氧化二铬包覆片状铝粉粒子(Al/Cr2O3)为填料,聚碳酸酯基水性聚氨酯为粘合剂,涂敷于玻璃片上,自然干燥制得涂层。研究了粘合剂、填料及它们的加入量对涂层红外发射率和激光反射性能的影响。采用红外发射率测量仪和可调谐CO2激光器测试涂层在8～14μm红外发射率和10.6μm激光反射性能。结果表明:使用的粘合剂较普通水性聚氨酯发射率低,固定粘合剂量,改变填料加入量,涂层在8～14μm波段发射率和10.6μm激光的反射性能都随着包覆粒子的增加而减小,当加入量达到30%时,涂层的红外发射率可以降低至0.688,激光反射能量降至初始入射能量的1%,且涂层综合物理性能良好,达到红外—激光兼容隐身的要求。     

红外隐身涂层的研究进展

红外隐身技术在军事应用中显得十分重要,而涂层材料则是隐身技术中的一个关键方面。首先从斯蒂芬一玻尔兹曼定律和基尔霍夫定律出发,分析了红外隐身的基本原理,介绍了红外隐身涂层的分类情况,说明了其组成中不同因素的影响作用并得出了低红外发射率涂层的理想结构。然后分类别地介绍了红外隐身材料的研究进展,并进一步预测了其发展趋势。未来的研究将主要包括两个方面：一是研制新的隐身材料;二是寻求各种隐身技术的兼容。     

红外涂层发射率的理论研究

通过机理研究,改进了国外现有的场和物质颗粒相互作用的理论模型,建立了计算涂层红外发射率的新理论模型,并研制出红外涂层计算机辅助设计软件,利用该软件对物质颗粒典型参数进行了数值模拟,给出了较好的结果。     

热致变发射率VO2涂层织物的红外隐身性能研究

通过水解VOSO4并经二次煅烧成功制备了具有热致相变的功能型材料M相VO2,采用XRD,DSC,SEM,EDS,FHR,纳米粒度测试等检测手段对终产物的物理化学性质及其相变性能进行表征,并将其与水性聚氨酯共混在涤棉织物上涂层,测定了8 ～14 μm波段的红外发射率.结果表明:VO2在由B相到M相的转变过程中发生微观形态的变化;制备得到的M相VO2在温度升高过程中发生明显的半导体-金属相变,变为R相,其红外透过率变化最高可达15％;湿膜膜厚150 μm、粒径156 nm时,复合涂层获得最佳热致变发射率性能,最大突变量可达15％,能够有效降低军事目标因外界环境发射率变化而重新暴露的危险.     

EPDM基红外隐身涂层耐热性及使用寿命预测研究

从发射率变化的角度建立了红外隐身涂层失效的评价标准.根据Arrhenius公式研究了涂层寿命的估算方法.采用IR-2型发射率测试仪,测试了低红外发射率EPDM/Cu涂层在不同温度下发射率的变化,得出了涂层的最高耐受温度,并预测了涂层在不同Ma数的飞机蒙皮上的使用寿命.结果表明:涂层的最高耐受温度为523 K;涂层在1 Ma和1.5 Ma的蒙皮上的寿命分别可以达到4.91×103h和3.78×104h.理论计算结果与实验结论比较符合,这表明此预测方法在实际应用中有一定的普遍性,能够比较准确地预测红外隐身涂层的使用寿命.     

新型热红外复合隐身涂层的研究

本文介绍了红外隐身技术实现的基本原理,探讨了新型热红外复合隐身涂层的制备工艺和初步性能测试,即发射率、降温性能、隔热性能的测试.作为降温材料,相变微胶囊的大规模制备,使得新型热红外隐身涂层的实现有了可能.实验结果为红外复合隐身涂料的实用化研究提供了重要参考.     

光谱发射率测量技术

论述了光谱发射率在航天、航空、国防、军事及国民经济各领域中的实际应用和重要意义.材料光谱发射率的影响因素很多,且应用背景差异较大,各国分别建立了各具特色的发射率测量装置.根据测量特点及应用范围,发射率测量方法分4大类:量热法、反射法、能量法和多波长法.针对每种测量方法介绍了基本原理、装置特点、技术指标和发展现状.简单介绍了基于红外傅里叶分析光谱仪建立的光谱发射率测量系统,进而描述了材料发射率在重要领域的具体应用情况.分析了我国目前在发射率测量技术方面存在的问题,展望了我国发射率测量技术的发展趋势和发射率数据库方面的进一步工作.     

一种利用激光作为光源实现的光谱发射率测量装置

基于Kirchhoff定律 ,利用波长为 1.5 5 μm的半导体激光器InGaAsP作测量光源、以PbSe探测器作光电转换器件、以 80 3 1单片机为核心 ,设计了一种可实时测量光谱发射率的仪器。该仪器由光学发射与接收系统、信号放大与处理系统及显示系统三部分组成。介绍了该仪器的基本结构与工作原理 ,讨论了其中的技术难点及其相应的解决方法 ,并给出了部分实验结果。     

BRDF models to predict spectral reflectance and emissivity in thethermal infrared

This paper presents modifications to the linear kernel bidirectional reflectance distribution function (BRDF) models from Roujean et al. and from Wanner et al. that extend the spectral range into the thermal infrared (TIR). The present authors application is to synthesize the TIR optical properties of a scene pixel from laboratory component measurements. The angular reflectance and emissivity are needed to convert the radiance of a pixel as measured from space to land-surface temperature. The kernel models will be applied to develop a look-up table for the MODIS land-surface temperature algorithm to estimate the spectral, angular scene emissivity from land cover classification. A shrub scene and a dense canopy scene illustrate qualitative differences in angular emissivity that would not be evident without the kernel model modifications. They conclude that the modified models provide a simple and efficient way to estimate scene optical properties over a wide spectral range     

基于场景的热红外高光谱数据光谱定标

传感器每个波段的中心波长和半高全宽（Full Width at Half Maximum，FWHM）随成像环境变化会发生较大的系统性漂移。这种漂移最终会影响发射率和温度的反演精度，尤其是在大气吸收波段附近的发射率反演精度。选择水汽在11.73 m处的吸收通道作为参考波段，提出了适用于热红外高光谱数据的光谱定标技术流程。模拟实验表明:光谱分辨率为50 nm，中心波长偏移在-50~50 nm、FWHM变化在-25~25 nm时，大气水汽含量对光谱定标误差的影响最大。同时，对误差分布曲面进行拟合得到描述误差分布模型，用于误差的估计。当大气水汽含量足够大时，光谱中心波长偏移估算误差可达到1 nm以内。最后，将所提方法应用于机载热红外高光谱数据光谱定标。结果显示，热红外高光谱成像仪中心波长偏移为28.4 nm，FWHM变化为-18.5 nm。     

低发射率材料红外隐身效果研究

为了探究Al-Sr10具有低光泽属性的本质,对该材料进行X射线衍射、X射线能量色散谱、面扫元素分析、8~14 μm红外发射率、光泽度及400~760 nm可见光反射率测试。并采用高能球磨法制备该颜填料,通过扫描电子显微镜等手段探究Al-Sr10颜填料的组分、形态和光学性能随球磨时间的变化。结果表明,Al-Sr10表面易氧化形成灰黑色氧化锶,以及固溶体中的锶元素产生等离激元效应共同作用导致材料消光;Al-Sr10颜填料的物相不会随球磨时间变化,在一定时间内,材料的片状化程度、发射率和光泽度性能随时间的延长得到改善,其中球磨15 h后的颜填料其片状化程度高,发射率低至0.123,光泽度低至3.8。     

光学载荷定标场比辐射率方向性模型构建

地表比辐射率方向性研究是国际热红外定量遥感研究领域的热点与难点,现有的热红外沙地比辐射率方向性模型存在先验参数较多、精度较低、适用性差等问题。论文基于5个伪不变定标场,即Algeria3_1km、Algeria5_1km、Libya1_1km、Mauritania1_1km及Mauritania2_1km,综合利用长时序极轨卫星载荷AQUA/MODIS与静止轨道卫星载荷MSG/SEVIRI多角度观测数据,经过载荷相互校准、大气纠正、影像数据时空匹配等处理,基于热红外辐射传输方程,获取0~65°观测天顶角范围内各研究区方向性比辐射率,建立公里级像元尺度比辐射率方向性模型,并对其进行了不确定度评估。结果表明：地表比辐射率随观测天顶角增大而降低,其方向性效应随波段中心波长的增加而减小,Algeria5_1km区域的方向性效应最小,Mauritania1_1km区域的方向性效应最强;各研究区比辐射率方向性模型不确定度均随观测天顶角的增大而增大,模型不确定度均优于3%。     

目标红外辐射特性测量定标方法研究

阐述了定标工作在目标红外辐射特性测量中的重要作用。分别就调焦类成像设备和非调焦类成像设备的定标方法进行了理论分析,针对不同定标方法的优缺点进行了说明,定标时通常采用0米定标,方便且可同时进行所有像元定标。对目标特性测量时定标温度的选择作了分析,得出结论:定标间隔不变时,定标误差随定标温度呈"W"型规律变化,当定标温度分布于测量温度两侧时,误差有限,因此定标温度通常选择在目标等效黑体温度两侧,且定标温度间隔越小辐射特性测量精度越高。     

空间大口径红外相机整机光谱响应测试方法研究

对空间大口径红外相机整机光谱响应测试方法进行介绍,建立空间大口径红外相机整机光谱响应测试系统。该测试系统包括:可见及红外光源、单色仪、标准探测器、数据采集系统、平行光管、真空罐、二维转台及待测相机。待测相机的波段集中在H2O、CO2等吸收波段,为了消除大气吸收波段对待测相机的影响,需要将平行光管、待测相机、转台等置于真空条件下,并向单色仪中通入氮气稳定后进行测试。整机试验结果表明,通入氮气后光谱测试精度大大提高,大气吸收波段光谱可准确测试。     

红外甚高光谱分辨率探测仪高精度在轨光谱定标

红外甚高光谱分辨率探测仪(AIUS)是高分五号(GF-5)卫星的主要载荷之一,它通过太阳掩星观测实现多种大气痕量气体垂直分布信息的获取,准确的光谱定标是其数据定量反演的关键和基础.针对AIUS超高的光谱分辨率、无配套星上光谱定标设备的问题,提出基于大气吸收特征谱线的多谱线线性拟合算法,通过多普勒频移修正、多谱线筛选、准...     

红外辐射测量系统内外标定技术

为确保辐射测量精度,需要对红外辐射测量系统进行标定。在分析红外辐射测量系统工作原理的基础上,提出了内、外标定相结合的标定方法,区别于传统的标定方法,不再把测量系统当作黑盒子,而是对其内部分解进行分步标定,通过理论推导给出了内外标定方法计算公式。实验验证表明,该方法的标定精度与传统的全孔径黑体标定方法基本一致,两者之间的相对误差在1%以内,但该方法对外置大孔径面源黑体温度范围要求比较低,降低了黑体的研制难度和成本。