红外焦平面阵列技术的发展现状与前景

红外辐射覆盖的电磁波谱很宽,从近红外的0.8μm区到超长波远红外20μm～400μm区。但存在着红外辐射衰减小的三个大气透射窗口,即1～3μm、3～5μm和8～14μm的波谱区。红外探测及其应用就是在这三个窗口进行的。红外探测器的材料、器件设计与制作和整机系统     

中、长波热红外系统辐射测温精度比较

对测量用热红外系统在3～5μm和8～12μm波段的辐射测温精度进行比较分析,研究是在典型的实验室条件下进行的,并且以温度范围为270～900 K的目标作为研究对象。首先推导出了红外系统的抗干扰函数DRF,根据DRF曲线可以看出,相同大小的信号干扰对中波红外系统的温度测量精度影响要小一些。然后针对目标的物理特性和实验环境对测温精度的影响进行理论分析,基于理论公式,分析了干扰信号(发射率估计误差、大气透过率、目标反射辐射和光学系统辐射变化)对测温精度的影响。从分析结果看出,在典型的温度范围内,中波红外系统的测温精度比长波红外系统的精度高。     

雾中红外辐射传输衰减特性分析

研究雾中红外辐射衰减特性,有助于提高武器装备雾天条件下的红外对抗能力。基于大气辐射传输软件(CART)、Beer-Lambert定律、Mie散射理论和雾滴谱分布函数,计算雾滴粒子群红外辐射透过率,对红外辐射在平流雾和辐射雾中的传输衰减特性进行研究。以近红外辐射1. 064μm、中红外辐射3. 8μm和远红外辐射10. 6μm在轻雾条件下为例,结合3个地区实测数据,分析了能见度、传输距离、入射光波长和晴朗大气透过率计算值对平流雾和辐射雾总透过率的影响。结果显示在轻雾条件下,辐射雾衰减小于平流雾衰减,远红外辐射10. 6μm具有很好的传输性能,地区气象参数不同对其有显著影响。     

被动式红外探测器多波段成像的仿真

根据红外成像原理,建立基于Vega的红外仿真系统模型,包括红外场景、红外探测器及大气传输三个模块.首先分析各模块实现原理及方法,研究在不同波段内被动式红外探测器成像的差别.然后介绍Vega平台上红外仿真的设计方法及程序流程图,并实现仿真模型的建立.最后分别得到3～5μM和8～μm波段内红外地面场景的仿真图,并分析不同波段内场景辐射量、大气衰减量及探测器各参数设置对仿真模型中得到的图像亮度的关系.结果表明:被动式红外探测器探测到的辐射量主要由场景自身的温度决定,但是相同条件下在8～μm岬波段内到达探测器的场景辐射量大于在3～5μm波段内到达探测器的场景辐射量.     

战斗机3～5μm波段红外特征空间分布及低发射率材料隐身效果分析

对典型战斗机在3～5μm波段范围内的红外辐射强度空间分布进行了数值计算,研究了红外搜索跟踪系统对目标的探测距离计算方法,考虑了大气透过率的影响,并分析了采用低发射率材料后战斗机的隐身效果.红外辐射特征的计算采用自开发软件NuAA-IR进行,探测距离的计算通过自编程完成,计算结果表明采用低发射率材料后战斗机在3～5μm波...     

海空背景下目标温度场远距离测量研究

红外热成像系统在靶场试验中具有广泛应用,利用热成像系统对海空背景下舰船目标的辐射温度测量是获取舰船辐射特性的重要途径。根据海面舰船目标的辐射特点,考虑海面背景和天空背景的红外辐射、红外辐射在大气中的衰减及程辐射,对3～5μm和8～14μm 2个红外波段目标温度测量进行了分析。     

飞行器红外隐身性能评估方法研究

针对飞行器的红外隐身问题, 计算了红外辐射在大气中传输的透过率, 建立了考虑背景辐射的红外隐身性能评估模型, 提出了临界辐射强度的概念, 建立了由临界辐射强度和作用距离关系曲线求解红外系统作用距离的方法。在 3～5.m波段和 8～12.m波段, 计算并分析了温度、相对湿度、大气能见度和海拔高度等大气参数对作用距离的影响。以某型飞行器为例, 分析了红外隐身性能, 给出了红外辐射强度和作用距离的定量关系。     

红外导引头对中段战术弹道导弹目标的探测距离估算

针对战术弹道导弹(TBM)中段的弹道特性,建立了TBM在中段的温度计算模型和红外辐射计算模型.在红外辐射的大气传输理论基础上,综合考虑大气吸收和散射因素,分析了大气衰减对红外辐射的影响,得到了大气衰减作用下的目标辐射模型.在此基础上,建立了红外导引头对目标的探测距离计算模型;最后,在假定的仿真条件下,利用模型计算得到采用3～5 μm和8～12 μm双频段的红外导引头对中段TBM目标的作用距离为810 km,该结论可为反导拦截弹的设计提供数据支持.     

海面导弹中波红外辐射计算

介绍了一种红外系统对海面低空飞行导弹最大探测距离的计算方法,建立了以涡喷发动机为动力的导弹全向中波红外辐射和海面水平传输计算模型,针对导弹中波红外辐射及其在大气中的传输衰减和红外探测器对导弹红外辐射的响应在不同波长时皆为非均匀的特性,提出了将导弹在3～5μm波段的红外辐射分成若干小区间计算,与对应小区间大气的海面水平传输衰减和红外探测器光谱响应曲线相对值综合后,计算红外探测系统对导弹最大探测距离的方法。最后,将理论计算结果与试验测试数据进行了对比,结果显示理论计算结果与试验测试结果有较好的一致性。     

衍射光学元件在红外光学系统方面的应用

1前言 红外波段的(3～5)μm和(8～14)μm波长大气透射率好,被称为大气窗口.地球上的所有物体都发出热辐射(电磁波),通常其中心波长位于红外波段.在用此波长将常温下的物体映像化时,要求能探测0.1 K以下的温差.用红外方式拍摄这种微小温度差时,其对比度要比可见光摄像低.光学系统影响探测分辨率的主要原因有以下几个方面.     

近红外GaAs上变频器

据杂志报道,硅CCD摄像机通常对波长在1.2μm～1.6μm区域的红外辐射不敏感而敏感于波长在1μm以下的红外辐射,要想用这种摄像机对波长在1.2μm～1.6μm范围内的红外辐射进行成像,就得用上变频器的方法使光的波长短于1μm.     

天空背景红外辐射亮度测量及其对目标探测的影响分析

天空背景的红外辐射特征对目标侦察探测具有重要意义。利用3μm~5μm中波、8μm~12μm长波红外测量设备对天空背景红外辐射亮度进行了测量,长波波段辐射亮度在3.7~13.6 W?m-2?sr-1,中波波段辐射亮度在0.05~0.48 W?m-2?sr-1,相同条件长波辐射亮度高于中波辐射亮度1~2个数量级;随着观测角增大,天空背景辐射亮度显著降低,同时太阳辐射、大气温度等因素也对天空背景辐射有较大的影响。利用测量结果仿真分析了天空背景辐射对目标侦察探测距离的影响,结果表明当观测角由9.6°降低到1.9°时,红外搜索跟踪系统探测距离会减少41.5%~46.2%。     

基于MODTRAN的红外系统对巡航导弹探测距离的估算

基于最小可分辨对比度准则,研究了在考虑背景环境下机载红外成像系统对目标最大探测距离的计算方法.分析了红外目标在3～5μm与8～12μm两个波段上的红外辐射特征和背景辐射、大气透过率等因素对探测距离的影响,给出了探测距离的推导公式.最后用MODTRAN软件对大气透过率进行了模拟计算,得到了波数间隔为1cm-的光谱大气透过率数据.计算了各微小波长区间内辐射到探测器上的辐照度.考虑到大气透过率与距离的关系,取消了传统算法中用常数或者拟合函数来代替大气透过率的方法.以巡航导弹为例,对红外系统探测距离进行了数值计算.仿真结果表明,该计算方法具有可行性.     

红外导引头对巡航导弹的探测距离研究

巡航导弹体积小和低空飞行的特点,使得其具有目标红外辐射强度小、地面背景干扰大以及低空大气对其红外辐射的透过率低的优点。为了准确计算红外导引头对巡航导弹的探测距离,文章对巡航导弹的红外辐射特性以及地面背景的红外辐射特性进行了分析,进一步建立了红外导引头对巡航导弹探测距离的计算模型。提出了利用图解法对作用距离方程进行解算的方法,提高了作用距离模型的计算准确度。利用所建模型计算了某中距离红外导引头对一种巡航导弹的探测距离。计算结果表明,导引头对该巡航导弹的探测距离远小于对常规空中目标的探测距离,尤其在8μm～12μm波段,迎头方向无法探测。     

高空远距离目标红外辐射及大气衰减模型研究

结合普朗克辐射定律,采用双波段测温法分析了高空远距离目标的温度与红外辐射。提出了一种目标投影面积的计算方法。由于是远距离探测,在考虑地球曲率的情况下提出了一种计算任意方向两点大气衰减的计算模型,并分析了不同探测距离下3~5μm和8~12μm两个波段红外辐射的衰减情况.实验结果表明,在10 km左右的高空中,目标红外辐射测量的距离可以从低空的几十公里增加到几百公里,这为进一步分析目标辐射特性提供了理论与技术上的支撑.     

肖特基势垒红外焦平面阵列渐受青睐

红外探测是在1～3μm、3～5μm和8～12μm三个红外辐射透射窗口进行的。为了探测这三个窗口的红外辐射信号,我们一直在发展光子型探测器和热型探测器两种技术。相继发展起来的光子探测器技术有PbS、InSb、PtSi、HgCdTe、InGaAs、非本征硅、GaALAs和SiGe量子阱及异质结等探测器技术。探索了几十年,在近十年间终于取得显著进展,特别是在近几年间取得     

视线方向上飞机红外特性及大气衰减模型研究

对飞机目标3个辐射源蒙皮、尾焰及尾喷管进行了深入分析,建立了视线方向飞机红外辐射计算模型,并综合考虑大气衰减的主要因素,分析了大气衰减对红外辐射的影响,给出了一种大气透过率的计算方法.最后以3～5μm波段为例,计算了某飞机的红外辐射强度、大气透过率和经过衰减后的飞机红外辐射强度.     

红外辐射、大气传输测量系统在二○三所建成

机械电子部二○三研究所从美国进口的红外辐射计/大气传输计测量系统,经科技人员和外商共同安装、调试,外场试验测量,现在已投入使用。该系统可以测量各种电光源,一次性使用化学光源、弹载信标、曳光、闪光、爆炸、高温和低温目标辐射强度、光谱辐射亮度。辐射强度测量的光谱范围宽,从可见光、近红外、中红外到远红外(0.24～14.6μm),有12种光谱带宽;光谱辐射亮度从1.584～5.3405μm,2.38～14.5μm,分辨率0.02～0.07(2％～7％)。该系统的大气传输测量功能,可以测量各种环境条件下,不同距离上的大气传输、烟雾透过、红外烟幕弹遮敝传输测量,也可以测量各种红外玻璃、薄膜等光学材料的红外传递特性。实时测量的数据,以百分比或曲线的形式给出。光谱范围0.24～3.84μm,1.584～3.8172μm,2.382～14.566μm。     

大气探测红外分光辐射计Ⅱ型模样

报道了大气探测红外分光辐射计Ⅱ型(ASIS-2)模样,它具有20个通道,可以从卫星探测大气温度廓线和水汽垂直分布.它与美国TIROS-N/NOAA气象卫星上的高分辨率红外辐射探测仪(HIRS)相比,在光学、电子学和机械等方面都作了改进.其仪器灵敏度优于HIRS-1仪器,而与HIRS-2接近.它具有可增加2个红外通道和多个可见光通道的潜力.     

大气背景对红外目标探测的影响

针对大气背景是一个纵深背景而非一个平面,无法使用现有对比度计算公式计算的实际,基于红外焦平面探测器工作原理推导出了大气背景下探测器处辐射照度的对比度计算公式。通过对大气背景的红外辐射计算,并与报道的飞机红外辐射数据比较,应用对比度计算公式做分析可知:大气背景对探测的影响是必须考虑的;在3~5m大气窗口的大气背景辐射很小,选择3~5m大气窗口探测更容易发现目标;在8~12m大气窗口内10m附近的大气背景辐射较强,目标不易被探测。随着探测距离增加,探测器到无限远处的大气背景辐射亮度与探测器和目标之间的大气背景辐射亮度之差在减小,它会增大对比度,这是分析探测距离不可忽视的一个因素。