地空红外探测距离推算方法探讨

由红外探测系统理想作用距离方程出发,详细分析了红外目标辐射强度、天空背景辐射强度、大气透过率等因素对地空红外探测距离的影响,给出了探测距离的推算公式.     

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。     

云雨天气情况下红外探测系统应用策略研究

针对目前用于地面或低空目标成像与识别的8～14 μm波段红外探测系统云雨天气情况下的应用问题,以实验所在的地理位置为参照点,采用PcModWin大气仿真软件进行了晴朗大气、云雨天气环境下的模拟实验,分析了不同条件下一定距离范围内红外辐射透过率分布曲线和峰值参数的变化规律,参考比对红外系统拍摄的目标实物图像,证明了探测角度、大气能见度、降雨强度、云层类型等,都是影响该波段红外探测系统应用效果的主要因素,提出了工程应用中应当采取的策略方法。应用实践证明,该研究结论不但具有普遍的工程意义,而且对该波段红外武器系统的作战运用也具有重要的指导作用。     

红外系统协同探测性能分析

探测概率、虚警概率和作用距离是衡量红外探测系统最核心的性能指标。传统的分析方法只针对单个红外探测系统,随着多个红外系统协同探测的应用不断增多,迫切需要建立红外系统协同探测的性能分析方法。本文从单个红外探测系统出发,结合经典探测概率、虚警概率和作用距离的计算公式,基于二次累积探测原理分析协同探测时各性能指标提升的根本原因,并通过两个红外系统协同探测的示例直观展示了协同探测的性能提升效果,为红外探测系统的综合论证、协同样式分析等提供了重要依据。     

海空背景凝视红外成像系统作用距离研究

针对凝视红外成像探测系统作用距离计算问题,在分析传统作用距离模型的基础上,提出基于图像目标信噪比检测依据的新距离计算模型.该计算模型全面考虑了目标与背景的对比度以及红外图像空间起伏噪声特性,给出了复杂背景限制下红外凝视成像探测系统作用距离计算公式.海空背景下舰载红外凝视成像系统探测距离计算实例表明该计算模型相对于原有计算模型能够更准确解决复杂背景情况下红外成像系统作用距离的估算问题.     

低轨红外探测卫星对大气层内高动态目标的探测能力研究

对大气背景进行了分析,并经计算得到了不同俯仰角下的大气辐射强度和大气透过率;通过分析大气层内高动态目标的辐射原理,给出了高温气体影响下的目标红外特性的计算模型,并给出了不同波段的目标红外辐射强度的计算结果;根据计算公式得到了信杂比和探测距离,并对其进行了分析,最后得出了探测能力有限的结论.     

红外系统作用距离的实验测试方法

阐述了通过实验测试计算红外系统最低可探测信噪比来计算其作用距离的方法,计算了实验所用红外源在2～5．5pm波段内的红外辐射强度,以及水平路程上2～5．5μm红外波段大气光谱透射比,给出了实验测试的意义。     

地基红外探测系统的作用距离研究

从红外辐射学原理出发,根据空间目标的特征和环境,首先计算了空间目标在中波段和长波段的辐射强度;然后分析了大气透过率对目标作用距离的影响,并估算出地基红外探测系统对空间目标进行探测的作用距离;最后通过与外场实验数据结果的对比,视距大约为757km的卫星,其表面温度为290K左右,这证明了针对空间目标红外辐射的分析方法是正确的,因此也证明了地基红外探测系统具备探测中低轨道空间目标的能力.     

大气透过率对红外系统作用距离的影响分析

红外系统的作用距离是评价系统探测能力的重要性能指标。研究了大气传输介质对中红外探测波段的影响,计算了典型飞行目标中红外辐射在大气中的传输,分析了红外系统作用距离随相对湿度和大气能见度的变化。结果表明:红外系统作用距离随相对湿度的增加而减小,随能见度的增加而增大。对于800 K的目标,在能见度小于8 km的浑浊大气中,8~12 μm 探测波段的作用距离大于3~5 μm。在中等及良好能见度时,8~12 μm探测波段的作用距离小于3~5 μm波段。为红外探测跟踪系统的设计、性能指标考核与评价提供参考。     

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。     

机载红外搜索跟踪系统有效探测区域研究

针对机载红外搜索跟踪(IRST)系统在实际空战中发现概率过低的问题,论文尝试将作用距离与发现概率相结合,提出了有效探测区域的概念,并分别建立了水平、俯仰两种探测方式下有效探测区域模型;接着讨论了在复杂作战环境下,所建立的模型随发现概率、作用距离、大气透过率、目标飞行速度的变化情况。仿真结果表明,探测区域范围是随着上四种因素的变化而实时变化的,并且在两机相距百公里以上,气象恶劣、目标低速飞行时,有效探测区域仅仅是目标尾后上方很小的一块区域。机载IRST系统可以依据论文给出的变化关系,在探测过程中,动态建立信号视场中检测阈值与复杂因素的函数关系,以提高发现概率。论文为充分发挥机载IRST系统的作战使用性能提供了理论参考。     

远程运动点目标探测影响因素分析

红外系统实现远程探测,其影响因素很多,如运动点目标的特性,背景辐射,近场光学辐射,探测器的性能特性。本文从点源目标探测基本原理出发,以深空背景条件下探测大气层外的目标物为例,建立远程目标红外探测距离估算模型,分析了影响探测距离的相关因素,为远程红外系统的指标设计提供理论参考。     

适于制冷型红外侦测系统的作用距离修正模型

提出了一种适于制冷型红外侦测系统的作用距离修正模型。分析了传统作用距离模型的局限性,考虑实用中冷阑、背景辐射和像差对制冷型红外侦测系统作用距离的影响,分别从探测率D*、信噪比SNR和像差参数τs三个方面对传统作用距离模型进行了修正,并针对导弹和飞机两种典型目标开展了红外侦测试验,结果表明：相比传统模型,修正后模型计算结果更符合实测情况,准确度明显提高。可为制冷型红外成像系统设计时的性能指标论证提供参考,也可用于指导红外系统实用时的优化布站。     

大气流场传输效应对探测系统性能的影响

分析了目标与背景的红外辐射特性,建立了目标与背景辐射温差传递数学模型,研究了大气对红外辐射传输的影响,分别考察了水蒸气、二氧化碳的吸收和大气散射对红外辐射传输的影响;计算了探测系统的主要性能评价参数:调制传递函数、最小可分辨温差和视距,并通过仿真得到了探测系统对目标所成的失真目标图像。研究结果表明,大气流场传输效应会使得探测系统对目标的成像发生像模糊,导致目标与背景之间的对比度下降。     

采用低发射率红外材料对探测距离和概率的影响

为研究双机空战中目标机采用低发射率红外材料后对攻击机机载红外搜索跟踪系统探测距离和概率的影响,建立了飞机运动过程和机载红外搜索跟踪系统探测距离计算模型,得到了相向飞行、同向飞行和侧向飞行三种典型的双机空战过程中探测距离和概率随飞行时间、速度、轨迹的变化规律。计算中考虑了目标的光谱辐射特征、大气透过率和探测器性能等因素对探测距离和概率的影响。结果表明目标机采用低发射率红外材料抑制红外特征后,在相同探测概率的情况下,探测距离明显减小;在攻击机与目标机相同距离的情况下,探测概率明显下降。     

基于STK/EOIR的弹道中段目标红外辐射特性研究

提出了一种天基预警系统对弹道中段目标红外探测的仿真方法。利用卫星工具箱的红外模块(Satellite Tool Kit/Electro-Optical Infrared Sensor, STK/EOIR)对中段目标红外辐射的特性进行了研究。首先,提出了基于STK/EOIR的弹道中段目标动态红外辐射特性仿真方法,分析了EOIR目标红外辐射的计算模型和传感器接收模型。然后,给出了典型目标在中波、中长波以及长波红外波段的红外辐照度的仿真结果。最后,对比分析了观测角、观测距离对天基凝视传感器接收目标红外辐照度的影响。仿真结果表明,中段目标红外辐射的强度能满足天基凝视传感器的探测灵敏度要求。     

空中弱目标天基光学探测性能表征及匹配设计方法

针对远距离空中弱目标光学探测的需求,提出天基探测系统性能表征与关键指标匹配设计方法.首先立足于天基光学探测全链路,分析得出影响天基观测条件下空中复杂环境背景中弱目标光学探测的主要因素,包括场景杂波、探测系统的光谱辐射尺度、几何尺度等;然后对上述影响因素进行表征建模,建立目标的图像信噪比与影响要素之间的关系模型,即探测系统性能表征模型;最后以典型探测场景为例,通过研究目标在不同场景杂波及探测多尺度耦合特性下的信噪比变化规律,提出探测谱段优选及其与空间分辨率的匹配设计建议,可为我国天基探测系统设计、指标论证、信息处理算法优化提供理论依据与科学指导.     

海面目标天基红外探测概率研究与分析

天基红外成像侦察有着常规空基、地基、海基军事侦察手段无法比拟的空间优势,业已成为世界上各大军事强国重点发展的一项重要的军事侦察技术。首先,从海面目标的天基红外探测条件出发,推导出极限探测条件下的阈值信噪比和目标等效条带数的数学表达式。然后,以此为基础得出海面目标天基红外探测的探测概率公式。最后,分析了噪声等效温差、探测器瞬时视场、卫星轨道高度、目标与背景的零视距的实际等效温差、目标临界尺度以及大气透射率对天基红外目标探测概率的影响。研究表明对于大温差、大尺度的海面目标,天基红外探测的探测概率相对较高,但在大气透射状况一般时,要通过天基红外观测平台探测小温差、小尺度海面目标较为困难。研究结果对天基红外探测器的研制与设计具有一定的借鉴意义。     

红外预警卫星弹道导弹主动段探测能力

为研究反导作战背景下红外预警卫星对弹道导弹主动段弹道的探测能力,在作战需求驱动下,构建了预警卫星探测能力战术、技术和性能指标的关联结构,以技术指标为桥梁,通过建立视场、扫描周期、检测概率、虚警概率、信噪比及最大作用距离等计算模型,系统分析了战术、技术和性能指标之间的关联及其对探测能力的影响。结合典型的目标和背景辐射特性以及大气透过率,仿真分析了星载探测器性能指标的不同组合对预警卫星最大作用距离和预警时间的影响程度和规律。该研究可为评估预警卫星反导作战效能和优化设计星载红外探测系统提供有意义的参考。