红外热成像系统低温极限成像探测分析

从普朗克黑体辐射定律出发,通过计算,得到不同温度下景物的辐射出射度,推导出真空低温密闭环境中景物辐射通过光学系统进入红外探测器的辐射通量的计算公式,得到了探测器接收到的辐射通量,研究了影响探测器性能的主要噪声,并且计算了系列红外探测器的最小可探测功率,进而分析得到了影响红外热成像系统可探测最低温度的影响因素,通过计算得到了系列探测器的低温探测极限。该工作可为用于低温环境和目标探测成像的红外成像测温系统设计提供依据。     

焦平面探测器红外成像系统探测作用距离估算

建立了焦平面探测器红外成像系统对红外目标的探测作用距离估算模型.该模型综合考虑了系统观测环境条件、目标红外辐射特性和焦平面探测器红外成像系统对探测作用距离的影响,能够有效估计系统对特定飞行目标的探测作用距离。依据该模型可科学地对红外成像系统的各关键技术参数进行论证计算,从而加强系统的顶层设计,为工程实践奠定理论基础,指导相关成像系统的研制过程。因此该模型具有十分重要的工程应用价值。     

红外成像仿真系统目标/背景辐射能量计算

红外探测系统不仅能探测到的目标红外辐射,也探测到环境背景的辐射。红外制导半实物仿真系统在试验过程中,目标和部分环境背景辐射都进入参试探测器的视场内,而红外探测系统响应的是目标和背景的辐射通量差。根据红外辐射度学的基本理论,结合红外半实物仿真系统的光学系统结构和特性,计算了红外成像仿真目标与试验室环境背景在参试探测器像素的辐射通量差以及红外仿真小目标与环境背景在参试探测器入瞳处的辐射通量差,以便对仿真系统的能量进行定量地分析。     

光学窗口透过光谱对特征目标红外成像探测效能影响仿真研究

红外成像在国防、消防、公共安全、化工、电力等领域有广泛应用,采用计算机建模仿真相比于实物测量方法来研究红外成像探测效能具有更高的效率。本文在建立目标辐射 大气传输 光学系统 红外探测器 信号采集完整仿真模型的基础上,通过软件仿真深入研究光学窗口透过光谱对特征目标红外成像探测效能影响规律,进而指导红外系统的设计优化。     

中长波红外辐射模拟的等效性研究与应用

红外波段成像探测是武器装备的重要应用波段,红外辐射模拟已经成为重要研究课题之一.以中长波红外波段告警和跟踪探测等红外传感设备的功能检测和试验为背景,探讨了红外辐射目标模拟的等效性问题.根据中长波红外波段告警、跟踪设备的使用要求,对目标红外辐射的近距离等效性进行了分析和计算.对红外辐射体的特殊设计与研制进行了探讨,提出红外辐射体应满足高温度、大红外辐射口径、高红外发射率、高温度控制精度等方面的要求.介绍了辐射窗口几何尺寸可变设计,通过更换插片式光阑限定辐射窗口几何尺寸的设计思想.从而实现了中长波红外辐射目标模拟,满足中长波红外波段告警和跟踪探测设备的性能检测和试验等工程应用的需要.     

地基红外系统探测空间目标红外星等的分析

地基红外系统探测空间目标的能力与目标辐射特性、背景辐射特性、大气条件、红外光学系统性能、探测器特性等因素密切相关。分析了空间目标在外太空背景下的红外辐射特性,基于满足红外焦平面探测器的最低可探测信噪比,综合考虑空间点目标成像的弥散斑、背景辐射和大气衰减的影响,推导了地基红外探测系统对空间点目标的作用距离估算方程。红外星等用来计算星体在红外波段的亮度,讨论了用红外星等划分空间目标的方法和原理。根据中波和长波计算红外星等的公式,给出了不同温度的空间目标与对应的红外星等的关系。为地基红外探测系统的设计和应用以及探测不同红外星等空间目标的综合性能评价提供了理论依据。     

激波辐射对红外成像探测影响的抑制方法研究

带有红外成像系统的大气层内高速飞行器的头罩窗口外激波的热辐射将降低系统的探测性能。采用单线组模型描述激波的辐射特性。由于激波辐射相对成像系统是近场辐射,建立相应的模型,计算了激波辐射在探测器阵列上产生的光子辐射照度,还计算了激波对目标辐射的吸收特性。得到了如下的计算结果:激波辐射在探测器阵列上产生的背景辐射可以近似为均匀的背景辐射;激波对目标辐射的吸收可以忽略;激波辐射具有强烈的光谱选择性。根据激波的这些辐射性质,在成像系统中通过分别选用不同的带通滤光片,不改变成像系统工作波段的波长宽度,而仅改变其位置,可以减小激波辐射对目标探测的影响,提高探测的信噪比。     

多波段单元宽场红外成像系统

军事和空间应用都需要利用红外探测技术来进行目标跟踪和搜索,而且它们都要求能探测到中红外波长范围(1.5μm—20μm)内的微弱辐射。诸如红外成像系统之类的电光敏感器是利用光学元件将接收到的辐射聚焦到探测器上的。然而,电光敏感器的尺寸和重量却一直是一个重要的设计根据。     

激波辐射对红外成像探测影响的抑制方法

带有红外成像系统的大气层内高速飞行器的头罩窗口外激波的热辐射将降低系统的探测性能。采用单线组模型描述激波的辐射特性。由于激波辐射相对成像系统是近场辐射,建立相应的模型,计算了激波辐射在探测器阵列上产生的光子辐射照度;还计算了激波对目标辐射的吸收特性。得到了如下的计算结果:激波辐射在探测器阵列上产生的背景辐射可以近似为均匀的背景辐射;激波对目标辐射的吸收可以忽略;激波辐射具有强烈的光谱选择性。根据激波的这些辐射性质,在成像系统中通过分别选用不同的带通滤光片,不改变成像系统工作波段的波长宽度,而仅改变其位置,可以减小激波辐射对目标探测的影响,提高探测的信噪比。     

可见光拓展InP/InGaAs宽光谱红外探测器

由于标准InP/In0.53Ga0.47As短波红外探测器的响应波段为0.87~1.7 m,在高性能夜视中具有重要的应用。为了进一步利用夜天光在可见光区间的辐射能量,需要将InP/In0.53Ga0.47As短波探测器的光谱响应拓展到可见光,从而实现包含可见光和短波波段的宽光谱探测。通过特殊的材料设计和背减薄工艺,成功研制了可见光拓展的320256 InP/InGaAs宽光谱红外探测器。采用增加滤光片的方法完成了器件在可见光、短波的成像演示,结果表明:目标在可见光、短波波段呈现出不同的特征信息,而不加滤光片的可见光拓展InP/InGaAs宽光谱红外探测器则探测到两个波段的信息,既包含目标的可见光信息同时也具有短波信息,从而实现了可见/短波双波段探测的效果,可显著提升对目标的探测能力。     

扫描型星载光电探测器激光干扰建模与仿真

激光干扰是目前对抗光电探测器的重要手段之一。从激光对光电探测器的干扰机理出发,研究了激光远场光斑大小,探测器表面激光覆盖面积,改进了扫描型星载光电探测器激光入瞳模型。为辐照到探测器光敏面的激光功率密度建立了模型,并以1.06μm激光辐照HgCdTe红外探测器为例,通过仿真计算,证明了星载低功率激光器对星载光电探测器干扰的可行性。     

InSb面阵探测器波段内脉冲激光干扰响应特性研究

介绍了激光定向干扰红外探测系统的干扰机理及波段内激光定向干扰的主要干扰方式。以InSb红外探测成像系统为研究对象,开展了典型条件下的波段内脉冲激光定向干扰试验,分析了InSb面阵探测器对波段内脉冲激光干扰的响应特性,获取了探测器在脉冲激光干扰下的损伤模式和损伤阈值,为后续深入研究激光定向干扰效能奠定基础。     

机载末端红外对抗作战效能仿真研究

为研究飞机末端红外对抗作战效能,通过建立红外对抗仿真系统,分别对飞机红外特性、诱饵干扰特性、激光定向干扰特性进行建模仿真,通过红外特征实时解算的方法建立红外对抗场景,结合不同作战环境、干扰场景的飞机末端防御,进行红外图像渲染和模型解算,为红外干扰效能评估提供实时的红外对抗场景。结合典型的作战态势和飞机机动方式,仿真分析了导引头视场内的目标与诱饵动态红外场景,进行飞机末端防御的不同干扰手段干扰效能评估和干扰使用策略研究。仿真结果表明,飞机红外对抗仿真系统能有效地对末端红外对抗作战效能和干扰策略想定进行研究。     

激光干扰点源红外跟踪系统敏感参数研究

理论分析了激光干扰调制盘型点源跟踪系统敏感参数。根据理论分析结果:结合近场和外场到达点源跟踪系统处目标、干扰激光辐射功率密度等效原则,设计和进行了不同激光功率、外调制频率、外调制占空比和重复频率下激光干扰点源跟踪系统光学锁定断开近场模拟实验。理论分析和实验结果均表明:干扰激光功率、外调制频率和外调制占空比是实现调制盘型点源跟踪系统光学锁定断开的关键参数;干扰激光重复频率与调制盘载频没有严格对应关系,干扰激光重复频率和占空比应满足激光器最佳工作状态,以提高干扰激光功率。本文对小功率激光干扰系统设计研制和试验开展具有重要参考意义。     

激光对天基红外系统预警卫星光电探测器的干扰效能研究

从分析预警卫星光电探测系统入手,在介绍了激光干扰光电探测器机理的基础上,研究了激光在大气传输中的衰减效应及远场激光光斑尺寸估算,建立了激光辐照星载光电探测器的远场能量密度模型,并以1.06μm激光辐照星载HgCdTe探测器为例,通过仿真计算,定量地评估了激光武器对天基红外系统预警卫星光电探测器的干扰效能。     

激光脉冲时域特性与探测器响应关系探讨

针对激光与光电探测器两种相互作用方式,选择四种常见的激光脉冲波形,建立简单数学模型,计算了光电探测器接收到的激光脉冲能量和脉冲激光在探测器上的有效持续时间,并据此分析激光脉冲时域特性与光电探测器的响应关系.计算结果表明,不同的激光脉冲波形引起的光电探测器的响应会有差异,并且,相对较长的大能量激光脉冲波形可能在探测器中引起较好的作用效果.     

飞机成像目标的红外隐身效果评估

评估飞机成像目标的红外隐身效果,对飞机红外隐身技术的发展、隐身反隐身作战具有重要的意义。提出了一种飞机成像目标红外隐身效果的评估方法:结合成像探测器工作原理,考虑图像处理各个阶段的算法特点,基于多种图像特征,制定出能反映背景影响和诱饵干扰影响的飞机成像目标红外隐身效果评估指标;通过建立红外成像探测器仿真模型,验证了所制定的评估指标的合理性;最后依据评估指标评估了采用不同隐身技术和施放诱饵干扰对飞机隐身效果的影响,得到了一些对飞机隐身和反隐身具有指导意义的结论。     

高能激光对成像制导系统的干扰效果分析

为了分析高能激光对成像制导系统的干扰效果,从制导武器的红外辐射强度出发,介绍了成像制导干扰效果评估的两种基本方法。以对比度评估方法为例,模拟了不同干扰强度、不同干扰质心激光干扰条件下成像制导系统的跟踪效果。结果表明对成像型制导系统实施有效激光干扰的手段主要有两个：一是增加激光干扰源的激光功率;二是激光干扰质心要尽可能地远离目标质心。     

引入探测器特性的空间目标红外灰度序列仿真研究

针对空间目标红外识别系统难以获取目标数据的问题,对目标红外灰度序列进行了仿真研究。通过计算目标和探测器的轨道运动参数,结合目标的微动特性得到探测器平面的投影面积观测模型;并构建目标表面温度分布模型,进而获得探测器接收的目标红外辐射强度序列。与以往方法不同的是,通过进一步考虑探测器自身成像效应,仿真得到了目标红外灰度序列。仿真结果表明不同形状和微动参数的目标红外仿真序列具有不同的周期性,可为红外目标识别算法设计提供数据支持。本文提出的目标数据仿真模型进一步缩小了与真实场景的差距,对空间目标识别系统具有重大意义。     

调幅式调制盘导引头干扰原理分析及验证

介绍了调幅式红外导引头的工作原理,并进行了激光对调幅式红外导引头的干扰原理分析。激光干扰作用是通过扰乱跟踪处理器使导弹失去其跟踪目标。结果显示干扰信号频率对干扰效果影响很大。通过中红外激光对红外导引头干扰实验验证了理论分析的正确性。