多谱段相机红外光学系统杂散辐射分析

杂散辐射是影响多谱段红外相机成像性能的主要因素。为了确保系统在各种工作状况下正常运行,需要分析并抑制相机光学系统中的杂散辐射。在详细分析了其红外光学系统中杂散辐射主要来源的基础上,针对系统特殊的光机结构,在杂光分析软件中建立光机系统模型;围绕遮光罩选取了8个太阳方位、16个离轴角进行光线追迹,得到太阳杂光在像面上产生的辐照度,据此来评价系统杂散辐射水平;同时分析了指向镜滚动轴和俯仰轴在两个方位内的转动以及地球大气杂散辐射对像面辐照度的影响。最后,对于影响严重的杂散辐射,进行了有效的抑制措施。结果表明,可以忽略地球大气的杂散辐射,当太阳杂光入射角大于58时,系统能满足对像面辐照度的技术要求,多谱段相机红外光学系统可在此范围内正常工作。     

弱小目标红外探测系统的杂散辐射分析

杂散辐射是指到达红外探测系统靶面的非目标成像的辐射能量。杂散辐射经过光电器件后增加了系统的噪声,降低了系统的输出信噪比,影响到红外探测系统对目标的探测能力。为了提高红外探测系统对空间弱小目标的探测能力,分析了红外探测系统的杂散辐射来源;推导了不同地理纬度、不同时刻下的红外探测系统太阳辐射入射角计算公式;分别计算了红外探测系统的太阳辐射、天空背景、热辐射噪声等效电子数;比较了杂散辐射噪声和探测器的固有噪声,分析了红外探测系统的最小噪声极限,得出地基红外探测系统的背景噪声决定了系统的探测极限。     

风云二号辐射计的红外杂散光抑制研究

风云二号卫星云图显示扫描辐射计存在红外杂散辐射,因此需要对光学系统作进一步改进以减少杂散辐射。利用TracePro软件对该系统的红外杂散辐射的形成机理和入侵途径进行了仿真和分析。基于分析结果对该光学系统的红外杂散辐射提出了几项有效抑制措施,并通过计算系统的点源透过率(Point Source Transmittance,PST)函数对这些改进措施进行了评价。     

空间光学系统的红外杂散辐射抑制特性

空间光学系统自身的红外波段杂散辐射,是影响探测元面成像质量的一个重要因素.文章分析了导致探测元面上红外辐射能变化的相关因素.以柱状遮光筒为计算模型,引入了红外杂散辐射传递函数IRTF这一无量纲参数来表征、分析柱状遮光筒的红外杂散辐射抑制特性.采用蒙特卡罗法模拟遮光筒中红外波段杂散辐射传递过程,分析了长径比χ、壁面红外发射率εw、壁面相对黑体辐射参数γw对遮光筒IRTF的影响;讨论了遮光筒抑制能力对入射杂散辐射方向的选择性.     

红外焦平面探测器杜瓦组件杂散辐射研究

在对红外焦平面探测器杜瓦组件杂散辐射分析的过程中,建立了分析模型,通过对模型进行光线追迹,找到了窗片、滤光片、冷屏、探测器芯片的反射是产生杂散辐射的原因。针对这些原因,采取了相应抑制杂散辐射的方式,包括通过镀膜降低窗片、滤光片反射率,通过发黑、设计多层隔板来提高冷屏的吸收能力,通过在探测器芯片上制作可靠性高的微纳结构来降低表面反射率等,起到了较好的效果。     

红外多光谱测量仪杂散辐射分析

采用基于蒙特卡罗法自行编制的杂散辐射计算软件HITSLT-1,模拟了空间红外光学系统的杂散辐射。从系统温度、镜筒物性、视场光阑物性等角度分析了其对于到达红外多光谱测量仪焦平面杂散辐射的影响,为红外光学系统的设计与杂散辐射抑制提供了参考依据。     

低噪声折射式红外光学系统设计

对采用制冷型长波红外探测器的光学系统,设计了一个二次成像三片锗透镜的会聚系统。提出了一种低噪声折射式红外光学系统的优化设计方法,并对比传统杂散辐射抑制优化设计方法,利用Tracepro进行仿真分析,抑制结果表明,新的低噪声优化设计方法对杂散辐射抑制较传统方法提升23.87%,提升效果明显。     

星载激光雷达系统杂散光分析与抑制

针对全球范围CO2浓度和气溶胶检测的星载激光雷达系统的可行性进行研究。由于大气后向散射信号很弱,故星载激光雷达对杂散光很敏感。激光雷达系统由Ritchey-Chretien接收望远镜、多波段中继光学系统以及光电探测系统构成,因此,相比于传统成像光学系统,其杂散光的分析与抑制技术得到改进。对光机结构建模,基于杂散光来源分类和大量光线追迹,提出了一种位于激光雷达后光学系统中,而非接收望远镜中的杂散光抑制方法。仿真结果表明,位于后光学系统中准直器镜筒上的挡光环极大地抑制了杂散光。因此,可以舍去接收望远镜上的挡光环。     

红外成像光学系统近场辐射噪声建模与仿真分析

在红外探测系统中,当目标信号比较弱时,少量的杂散光引起的噪声就会大大降低系统的输出信噪比,从而降低系统的探测能力。对于高灵敏红外成像探测系统和低冷辐射环境模拟系统,系统自身热辐射将成为杂光的最大来源。文中分析说明了系统自身热辐射杂光的确定性和近场性,提出了一种新的基于光线光学的计算模型,讨论了计算模型中的一些关键问题和解决方法,并编程实现了对近场物体杂散辐射的精确数值模拟与仿真。得到了杂光在探测器上的辐照度分布图,并分析了温度、物距和辐射系数等参数对系统杂光水平的影响。对如何合理高效地降低系统自身热辐射噪声具有指导意义。     

空间光学系统的杂散光分析

介绍了空间光学系统的杂散光的来源,以及对红外光学系统成像质量的影响。在简化分析的基础上,讨论了杂散光分析的物理模型。利用已有的光学系统模型讨论了杂散光的计算和分析方法。主要介绍了蒙特卡罗法和光线追迹法在解决问题方面的作用,用具体的系统模型说明了杂散光计算和分析的假设条件、模型建立和计算过程等。对空间光学系统的杂散光有基础的认识。为以后利用软件进行杂散光分析打下基础。     

空间光学系统中红外杂散辐射的抑制方法

根据红外系统中的不同杂散辐射源,分析了杂散辐射的内因和外因.列举了从机械面和光学面上抑制红外杂散辐射的具体措施,提出了选择红外涂层的方法.对一台空间红外仪器设置了里奥光阑,并通过地面试验和在轨测试评价了其抑制红外杂散辐射的有效性.     

C-T型平板波导红外光谱仪系统自身背景辐射的分析与抑制

红外光谱仪内部背景辐射在长波红外波段（8~12 m）影响比较显著,会严重降低光学系统的分辨率和信噪比。利用TracePro光学分析软件,对基于交叉非对称Czerny-Turner （C-T）型平板波导红外光谱仪进行了背景辐射分析,包括机械构件表面发射率以及光学元件表面温度对背景辐射的影响。引入了杂光系数作为评价指标,根据仿真分析结果,在高低温箱中,对该红外光谱仪的背景辐射影响采取抑制措施并进行了实验测量,实验结果证明:采取背景辐射抑制措施后,C-T型平板波导光谱仪系统的杂光系数在常温下（298 K）能达到5%以下。     

不同结构地基光电探测系统的杂散光抑制

分析了不同结构形式的地基折反式光电探测系统的杂散光特性,讨论了相应的杂散光抑制方法.针对有无中间像面的光学系统,分别给出了两种不同的杂散光抑制方案,并对其中的长波红外系统进行了自身辐射分析.结果表明:对于无中间像面的折反系统,外遮光罩可以更好地抑制大离轴角度的杂散光;对于有中间像面的折反系统,采取光阑组合和设置主镜内遮光罩的方式就可以很好地抑制外部杂散光,在满足自身辐射要求的前提下,有效减少因设置外遮光罩而增加的长度和质量,有利于小型化和轻量化.     

热红外光谱仪系统的内部杂散辐射定标与测量技术

提出了一种热红外光谱仪系统内部杂散辐射的测量方法,该方法基于探测器和热红外光谱仪系统的辐射定标.通过分别单独标定探测器对黑体辐射能量的全谱段输出响应曲线和光谱仪系统对黑体辐射能量分光后单一光谱通道的输出响应曲线,从而定量得出光谱仪的内部杂散辐射灰度值及辐射通量值且能计算出不同积分时间和光机温度时内部杂散辐射的灰度值及辐射通量.采用该方法对现有光谱仪内部杂散辐射进行了实验测量,并进行了对比实验,结果表明,对比实验值与理论预测值误差偏离小于1%.该方法可操作性高,可用于测量热红外光谱仪内部杂散辐射在总输出DN值中的占比、预测光谱仪制冷对内部杂散辐射的影响、测量其他内部杂散辐射抑制手段的效果等.     

元件缺陷对红外光学系统杂散辐射特性的影响

针对红外光学系统元件表面缺陷问题，基于米氏散射理论定量分析了不同疵病等级光学元件表面散射特性，讨论了光学元件表面双向散射分布函数（BSDF）的变化规律，进而建立光学元件不同疵病等级的散射模型。在此基础上，以双子望远镜系统为例，利用ASAP光学分析软件对其主镜在不同疵病等级的情况下，到达探测器像面上的系统自身热辐射通量及其分布进行了仿真计算，并根据有效发射率的定义，对系统杂散辐射性能进行了定量评价。研究分析发现:光学元件不同疵病等级不仅会造成系统杂散辐射特性及其在探测器像面上的辐射通量分布发生变化，而且还会导致其有效发射率发生变化。对主镜疵病等级分别为0、I-10、I-20、I-30、II和 III的情况，计算得到系统有效发射率分别为2.19%、2.34%、2.46%、2.59%、2.72%和3.08%。由此可见，随着疵病等级的增加，系统杂散辐射性能逐渐降低。实际工作中，必须严格控制光学元件表面疵病等级。     

中红外平面光栅光谱仪系统杂散光分析

为了抑制杂散光对中红外平面光栅光谱仪系统成像质量的影响,首先探讨了系统杂散光的来源,设计了遮光罩、挡光环和里奥光阑;然后针对用挡光板消除光栅衍射杂散光能力有限的问题,提出利用百叶挡光板和杂散光收集器组合来抑制杂散光的影响,并结合三维建模软件Solidworks和杂散光分析软件Tracrpro对系统进行了建模、分析和对比;最后针对某一型号红外热电堆阵列探测器并运用黑体辐射理论对其进行计算和分析,最终结果表明:光谱仪系统地气杂光抑制水平PST可以达到10-11,内部杂散辐射抑制能力有效发射率为1.3%,满足中红外平面光栅光谱仪系统杂散辐射的抑制要求.     

星地激光通信中地球背景辐射的抑制研究

研究了星地激光通信中地球背景辐射及其抑制技术。推导出了不同轨道处星上终端的地球背景辐射入瞳功率理论公式,提出了固有杂散辐射的概念,并对其作了理论推导。针对一个典型的终端对其地球背景辐射进行了理论计算,并设计了不同形式的遮光系统。最后利用光学仿真软件 LightTools 对不同轨道高度、不同遮光系统形式的星上终端的杂散辐射进行了仿真,得到了轨道高度以及遮光系统形式对杂散辐射的影响曲线,并对其作了分析。为星地激光通信中星上终端的地球背景辐射提供了理论依据,为星上终端的遮光系统设计提供了仿真依据。