基于大气实时修正的飞机辐射特性测量

研究了飞机飞行时的动态辐射特性测量方法。针对利用软件计算大气透过率进行目标辐射修正精度较低的问题,提出了通过机上标校黑体进行实时大气修正的新辐射测量方法。该方法通过目标飞机上挂载的标校黑体实现大气透过率的实时测量,并利用实测大气透过率对目标飞机辐射进行大气修正来提高修正精度。借助中波和长波红外相机、两个标准面源黑体及一块硒化锌平板,开展了飞机目标辐射特性测量的地面模拟实验。利用MODTRAN和CART计算以及实测大气透过率分别对黑体目标红外测量值进行辐射反演。与MODTRAN和CART计算大气透过率的传统方法相比,文中提出的实测大气透过率方法可将目标辐射反演精度提高一倍以上。     

测量近中红外激光大气透过率的调制型太阳光度计

为弥补常用红外波段激光大气透过率测量方法成本高或实时性低的不足,通过模拟计算分析研究,提出基于光源调制太阳光度计技术提取红外波段激光大气透过率的方法,提供一种成本低、操作简单、实时性强的有效测量方法。研制的光源调制型红外太阳光度计可测量宽波段大气透过率,再依据建立的宽带和窄带透过率关系进行修正,最终获取可应用的近中红外多波段激光大气透过率。实际测量结果与对比实验表明,与实验室自研的近红外太阳光度计相比统计误差小于4%,与POM-02相比统计误差小于6%。红外调制型太阳光度计获取的实时结果不但可应用于激光大气传输修正中,也对评估激光通信和激光传输等具有重要意义。     

利用大气修正因子提高目标红外辐射特性测量精度

提出了利用大气修正因子修正大气透过率来提高测量目标红外辐射特性精度的方法。建立了目标红外辐射特性测量模型,给出了基于大气修正因子的目标红外辐射特性测量方法。该方法将短距离大气透过率实测结果和MODTRAN模拟计算的大气透过率之比定义为基础大气修正因子,然后依据长距离与短距离的不同数量关系得到增强大气修正因子,最后利用该因子对MODTRAN计算的长距离大气透过率进行修正并进行目标的辐射反演,从而获得目标辐射特性。对中波红外摄像机进行了定标,利用中波红外摄像机和面源黑体开展了目标红外辐射特性测量实验。实验结果表明,利用大气修正因子修正大气透过率的目标辐射测量方法得到的目标辐射特性测量精度在8%左右,高于传统的利用MODTRAN计算方法得到的20%的测量精度。得到的结果显示本文方法较传统方法较大程度地提高了目标辐射特性测量精度。     

基于大气透过率比例校正的目标辐射测量

大气透过率是影响目标辐射测量精度的重要因素,而常规通过MODTRAN等模式计算软件,由大气参数计算大气透过率的误差一般在15％以上,极大地限制了目标辐射测量精度.为此,本文提出利用某一距离的实测大气透过率和模式计算大气透过率之比得到大气过率校正系数来对其它距离的模式计算大气透过率进行比例校正.实验显示,校正后大气透过率的精度优于8.1％,大大提高了目标辐射测量精度.利用中波红外相机和面源黑体开展了目标辐射特性测量实验,结果表明,采用MODTRAN计算大气透过率的辐射测量方法得到的目标辐射反演精度约为20％,而采用本文方法对大气透过率校正后可将反演精度提高到10％以内.     

用于多波段激光大气透过率测量的太阳辐射计

为了实时测量多个波段激光大气透过率,研制了ISP02型近红外太阳辐射计。详细阐述了该仪器的硬件组成、光学系统设计以及工作流程,并对仪器进行了定标,给出仪器能达到的性能指标。依据建立的基于太阳宽谱直接辐射测量获取激光波段大气透过率的方法,实测得到1.064,1.315,1.54μm大气透过率,将结果与POM02型太阳辐射计采用外推法获取的激光大气透过率进行对比,误差均小于6%,测量的水汽总量与POM02对比,误差均小于7%;然后,将两者外推的3.78μm透过率进行对比,误差均小于5%。秋冬季实测的1.315μm透过率与激光大气传输评估软件对比,误差小于2%。该仪器测量结果可靠、性能稳定,可为同时获取多个波段激光大气透过率提供有效测量手段。     

中波红外整层大气透过率测量及误差分析

为实现中波红外整层大气透过率的现场测量,提高空间目标红外辐射特性测量精度,研究了基于标准红外自然星的大气透过率测量方法。建立了基于Beer定律和Langley-Plot定标原理的测量实验数学模型,搭建了基于1.2m口径地基光电望远镜的测量实验系统。采用了"准实时单点校正""窗口提取"和"信噪比特性曲线"等方法有效降低了红外探测器非均匀性和自然星弥散成像等问题给测量精度带来的影响。最后,分析了测量实验的理论误差。实验数据显示:空间目标大气层外红外辐射照度测量的最大实际误差为16.28%,中波红外整层大气透过率测量的理论误差为11.75%。结果表明:基于标准红外自然星的大气透过率测量方法测量误差小,实验系统对外场观测任务适应性强,为空间目标红外辐射特性的地基测量提供了新的解决方案。     

大气悬浮微粒对激光传输透过率的影响研究

大气悬浮微粒对激光传输透过率的影响是激光应用中应考虑的重要问题.为了提高激光传输透过率,对悬浮微粒的特性进行了研究.以激光传输和微粒特性为基础,基于Mie散射理论,建立激光透过率模型,并编写了计算透过率的可视化界面.针对不同悬浮微粒特性对激光透过率的影响做了系统的仿真分析.结果表明:激光透过率具有波长依赖性;悬浮微粒种...     

大气透过率的多点移动测量

考虑大气透射仪的光源不稳定性以及光学准直及大气环境的动态变化均会对其测量精度产生影响,本文在高精度导轨上设计了多点移动大气透过率测量系统,以便提高其大气透过率及消光系数的测量精度。该系统采用可移动测试平台,运用多点移动测量的方式测量大气透过率及消光系数。基于理论比较了多点移动大气透过率测量方法与传统大气透射仪测量方法的测量精度,证明了该系统的测量精度高于传统大气透射仪。将该系统与经过良好校正的Skopograph II型大气透射仪在大气环境模拟舱进行了较长时间的对比验证。结果表明,两套系统具有很好的相关性,91.93%的数据对偏差在10%以内,相关系数达0.985 7。在低能见度条件下,多点移动大气透过率测量系统的测量稳定性优于传统大气透射仪。得到的结果显示:该系统能够满足大气透过率和消光系数测量对准确性、稳定性和一致性的要求。     

氧分子A吸收带的随机Malkmus被动测距

针对比尔-朗伯定律单色传输和其他透过率模型计算速度慢的问题,为了实现红外目标的高速被动测距,研究了被动测距系统中氧分子A带吸收特征及大气中氧分子吸收率的计算方法。分析了大气中氧分子A带的吸收光谱及分布特性,以当前大气参数和测量环境为基础,结合HITRAN数据库,将随机Malkums带模式引入到氧分子带平均吸收率计算中,建立了基于随机Malkums带模式的被动测距数学模型。搭建了测距实验平台,在12~128m内对7个不同点进行了距离测量。实验结果表明,在实际大气条件下,利用该被动测距模型测得被测目标距离与实际距离的平均误差达到1.8%。该模型正确、可行,满足红外目标被动测距的高速在线测试及隐蔽性、高精度、抗干扰能力强等要求。     

大口径红外光学系统透过率测量装置

针对大口径红外光学系统的整机透过率测量难题,提出了基于图像灰度的单通道红外透过率测量方法,搭建了大口径红外光学系统整机透过率测量装置。首先,将黑体和靶标按照指定位置关系放置于待测红外光学系统的焦平面处,将红外热像仪放置于待测红外光学系统的入光口,采集被测系统的辐射图像;接着,将黑体放置于红外热像仪前,采集黑体辐射图像;最后,分别计算被测系统辐射图像均值和黑体辐射图像均值,二者比值即为被测系统的透过率。以某型大口径红外光学系统作为被测系统,开展了红外透过率测量实验。实验结果标明：本文方法测量值与设计值的绝对误差为0.85%,对测量结果不确定度进行分析,测量精度约为1.04%,测量方法可行。此方法测量过程简单,为大口径红外光学系统的整机性能评估提供了有效手段。     

基于标校的双波段比色测温法

辐射测温是获得物体温度的重要手段之一,其代表性方法主要有双波段比色测温。传统双波段比色测温受现有大气透过率测量精度的限制,目标双波段辐亮度比值Q的不确定度为31.8%,大大限制了测温精度。提出了基于标校的双波段比色测温法,利用目标附近的参考黑体实现对目标和测温系统之间大气透过率的高精度测量,由此提高目标测温精度。分析表明,该方法的目标双波段辐亮度比值Q的不确定度优于4.7%。利用中波和长波红外相机对某大楼墙面进行了双波段比色测温实验,结果表明,传统双波段比色测温法的绝对和相对测温误差分别为7.1 K、2.32%,而该方法的绝对和相对测温误差分别为1.7 K、0.55%,大大优于传统方法。     

Press molding of a Si–HDPE hybrid lens substrate and evaluation of its infrared optical properties

A hybrid structure of single-crystal silicon (Si) and high-density polyethylene (HDPE) was developed as a new substrate for infrared lenses by using precision press molding. A thin HDPE film was used to laminate a silicon wafer and their interface was directly bonded by the silane cross-link. The HDPE film is easy to be hot-embossed to form three-dimensional surface microstructures and the silicon wafer provides a high stiffness for the hybrid substrate. The infrared (IR) optical properties of the hybrid substrate were examined by two kinds of measurements, transmittance and image sharpness. Interestingly, the transmittance measurement result shows that the IR transmittance of the hybrid substrate is higher than that of Si itself in some region of wavelength. The imaging test result shows that the hybrid substrate is capable to produce similar image quality as Si itself. These results strongly demonstrate that the developed Si–HDPE hybrid substrate is a promising alternative substrate material for IR lens.     

The influence of the aperture of illumination on the accuracy of microscope-photometric measurements of internal transmittance

The conical shape of the bundle of illuminating rays in the microscope causes a systematic error of transmittance measured with a microscope photometer in comparison with the (true) transmittance measured with a macrophotometer in which the ray bundle is cylindrical. The error is evaluated by the ratio of transmittance measured with the microscope photometer to the true transmittance. It is calculated for the following model objects: parallel-sided plates, wedges, spheres and circular cylinders. The results of calculations show that the error increases with decreasing transmittance, increasing angle of the cone of rays (evaluated by the effective numerical aperture of illumination), and increasing relative size of photometric field. On the whole, the error can be neglected if the true internal transmittance is greater than 0.1 (10%), the numerical aperture is less than 0.45 and the radius of the photometric field (in the object plane) is less than one-fifth of the thickness of the object.     

退火时间对Cu-Al-O薄膜性能影响的研究

通过制备Cu-Al-O薄膜并对其进行退火处理,研究了退火时间对薄膜形貌、结构以及紫外-可见透过率、带隙、中红外透过率的影响。研究结果表明:随着退火时间的增加,薄膜开始晶化,5.0 h时薄膜中出现裂纹,同时出现AlCu合金相;紫外-可见透过率随退火时间的增加而降低;中红外透过率随退火时间的增加先增加后降低;Cu-Al-O薄膜的直接带隙随退火时间的增加而降低。     

曲面透明件雾度和透光率实时测试仪

为了实现大型曲面透明件雾度和透光率的实时测量,设计了一种由LED作为光源、双积分球作为信号测量端的雾度和透光率测试仪。在系统工作原理上完成了透光率和雾度的理论推导,然后进行了光源光谱分布对系统测试结果影响的仿真分析,光学设计,积分球参数设计以及支撑调整机构设计,提高了系统的测试精度和效率。最后,对大型曲面透明件雾度和透光率实时测试仪进行标定和样品测试。测试结果表明:标准雾度片的透过率绝对误差均小于0.4%,雾度绝对误差均小于0.3%,用户提供样品的透过率测量值与理论计算值的偏差亦小于0.4%,满足用户要求。     

节能玻璃的光谱测试

为从光谱方面分析典型建筑用节能玻璃的特性,以现时建筑施工中常用的几种节能玻璃为研究对象,采用WGD-8A型组合式多功能光栅光谱仪对样品进行200～800nm的光谱测试。通过光谱测试发现:未经镀膜处理的普通钢化玻璃光透过率比较高,但是对波长没有选择性,无光谱节能效果;镀膜(贴膜)玻璃可见光透过率各异,普遍具有滤红外的节能效果;中空玻璃可见光透过率降低,有明显阻挡红外光的效果。部分镀膜(贴膜)玻璃具有可见光谱颜色选择性。这一测试成果,可作为建筑设计中选择玻璃的参考。     

用透射法测量单层薄膜的折射率

根据单层薄膜透射率的表达式,提出了一种用透射法测量薄膜折射率的新方法。按照该方法,通过测量p光和s光在相同入射角下的透射率,可以计算得到薄膜的折射率。在测量中考虑了影响测量结果的两个方面,从而减少了实验误差。在波长为532nm的激光照射下,采用该法测得MgF2薄膜的折射率为1.379±0.005,相对误差小于0.4%。