对NETD表达的红外热像仪探测距离的讨论

红外热像仪对目标的探测距离的计算方法已有多种,本文对基于目标与背景温差△T0和等效噪声温差NETD而推导出的公式进行了分析,对大气透过率τa对△T0的衰减作用提出了不同的看法,并据此对基于△T0和NETD的热像仪探测距离公式进行了修正,对影响NETD参数的诸多因素进行了分析.在此基础上,推导出了热像仪对含有不同温度的多个红外辐射源的同一目标的距离计算公式.     

基于NETD和△T红外点源目标作用距离方程的讨论

分析了噪声等效温差NETD的概念及其表达式的数学推导过程,以及现有的基于NETD和目标背景温差△T的红外点源目标作用距离方程的成立条件,结果表明:NETD的数学表达式和其数值的实验室测量,以及作用距离方程都是基于目标背景小温差条件的,而作为点源进行探测的目标往往并不满足小温差条件。据此,对将NETD的概念用于点源目标作用距离的计算提出了不同的看法。最后,介绍了一种适用的基于NETD和目标背景温度参数的点源目标作用距离的计算方法。     

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.     

基于NETD的红外探测系统作用距离分析

由于红外焦平面阵列(Infrared Focal Plane Array, IRFPA)已成为红外探测器发展的主流,用IRFPA的参数来评价红外探测系统的综合性能变得至关重要。推导了以噪声等效温差(Noise Equivalent Temperature Difference, NETD)参数表示的红外探测系统的作用距离方程,考虑了背景辐射和目标成像弥散效应对探测的影响,计算了不同能见度条件下系统对点源目标的作用距离。结果表明,大气能见度越好,红外探测系统的作用距离就越远。分析了红外探测系统的探测能力随NETD值的变化。随着NETD值的增大,红外探测系统对目标的作用距离显著减小。研究结果能为红外探测系统的设计和性能指标评价提供参考。     

测试数据在红外目标作用距离分析中的应用

从理论上建立了目标红外特性动态测试数据与目标作用距离计算的关联模型,并给出了基于测试数据预测作用距离的一般性方法。作为应用,依托外场地基大口径红外测量系统对某型目标的红外辐射特性进行了动态测试,获得了目标迎头和尾后两个方向上的红外辐射特性以及传输路径上的大气透过率数据,预测了不同口径红外系统的作用距离并对计算结果进行了分析。本文方法为基于目标真实测试数据的作用距离预测研究提供了思路。     

点源目标的红外搜索与跟踪系统的作用距离估算

红外目标的探测在告警、制导等领域具有重要意义.在中远距离探测中,红外搜索与跟踪系统的作用距离受到大气传输、红外探测器的性能以及目标的辐射功率等因素的影响.传统红外系统的作用距离方程具有一定的局限性.考虑到目标成像弥散斑和背景辐射的影响,对红外搜索与跟踪系统(IRST)的作用距离方程进行修正,得到IRST系统的作用距离与系统的噪声等效温差(NETD)之间的关系,推导出探测器噪声限下对点源目标的作用距离方程.为IRST系统的综合评估和设计提供了一个重要的依据.     

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。     

复杂背景下玫瑰扫描红外探测系统作用距离评估方法

对复杂背景下传统作用距离方程无法准确评估红外探测系统作用距离的问题,提出了玫瑰扫描体制下复杂背景中不同辐射亮度区域被探测的概率计算方法,结合推导的玫瑰扫描红外探测系统作用距离模型,得出复杂背景下玫瑰扫描红外探测系统作用距离概率模型。基于红外热像仪采集的背景灰度计算玫瑰扫描红外探测系统响应脉冲幅值的计算方法,利用外场实测数据对该模型进行验证,并与实验结果进行了对比分析,结果证明改进后的概率模型能够一定程度解决复杂背景玫瑰扫描红外探测系统作用距离估算的问题,具有一定的实用价值。     

晴空背景下地基红外告警系统作用距离

作用距离是红外告警系统的重要参数指标,其大小由告警系统、目标和背景等的特点决定。对晴空背景下红外告警系统的作用距离进行了研究,充分考虑了大气传输和大气辐射的特点,建立了作用距离的理论计算模型,结合计算模型和典型数据,针对面目标和点目标两种情况,计算了不同目标高度和不同目标高度角时大气对作用距离的影响。结果表明:在目标飞行高度一定时,只有当目标高度角大于一定角度时目标才可能被探测,该角度随目标的飞行高度增大而减小。     

地表背景条件下红外低温点目标探测距离研究

点目标的探测距离受目标与背景温差、红外系统分辨率和系统噪声等效通量密度限制,基于此建立了地球背景条件下的点目标探测距离模型。分析了点目标和典型背景(冰盖、海水和植被)在2.6~2.8μm波段、3~5μm波段、8~14μm波段的红外辐射特性,计算了不同背景和不同视场分辨率条件下点目标的探测距离,研究表明,以地球为背景探测点目标应当选择2.6~2.8μm波段,对某典型尺寸目标的理论探测距离可以达到700km以上。     

基于辐射散热的空间目标红外特性建模与研究

首先介绍了用于保证空间目标正常工作常用的辐射散热器分类,并阐述了其运行模式及使用条件。总结了现有的空间目标红外特性模型,并进一步分析,将空间目标外表面区域分为一般区域和辐射散热区域,建立不同的能量方程。以FY-1C为例,根据空间目标的轨道特性、材料特性和结构特性,使用有限单元法分析得到空间目标外表面的温度场分布,在散热功率为0 W和100 W的情况下,散热区域温差最大为51.49 ℃。结合温度场分布和轨道特性,进一步计算得到空间目标在距离5 km的探测系统入瞳处的辐射照度。当目标处于地球阴影区,目标散热区域接收到的地球自发辐射和地球反射辐射入射角很大,可以忽略不计,此时目标的辐射照度在两种散热功率下相差1~2个数量级。在日照区,由于目标反射辐射的影响,不同的散热功率只对长波波段的辐射特性有一定影响。     

红外成象导引头作用距离估算

本文叙述具有自动目标识别功能的红外成象导引头的作用距离估算。这种估算方法既不同于非成象（点源）系统，也不同于一般热象仪。成象红外导引头的作用距离是一个有待研究的参数。然而，与此有关的主要问题仍然是系统的灵敏度（ＮＥＴＤ）、大气传输和从随机噪声中识别目标所需的信噪比。在湿热的大气环境条件下，水分子的吸收是决定大气传输的支配因素。系统工作信噪比与探测概率和虚警率相关。本文提出了定义成象红外导引头虚警的一种假设，并以此为依据推出一套估算作用距离的公式。最后给出了计算成象红外导引头作用距离的示例。     

电离层虚高对超视距雷达多站联合定位精度的影响

在天波超视距雷达系统的短基线多站联合定位中，一般假设多站点电离层反射虚高保持一致，为确定这一假设对定位结果的影响，本文进行电离层探测试验，以研究电离层虚高对多站联合定位精度的影响。试验时分别架设两个接收站模拟短基线超视距雷达系统的接收站点，再在较远距离架设目标站点，利用来自目标站点的发射信号模拟目标的返回信号。本文假设参考站点到目标站点链路的电离层反射虚高和大圆距离是已知的，对于同一工作频率，利用参考站点-目标站点链路上的电离层虚高，去解算定位站点-目标站点之间的大圆距离。参考站点和定位站点相距约90 km情况下，结果显示:目标和定位站(道孚-武汉)大圆距离约为1 260 km时，两条链路的虚高均方根误差约为5.82 km，相应的大圆距离的定位均方根误差约为5.02 km，相对误差约为0.34%；当目标和定位站(乐山-武汉)大圆距离约为1 000 km时，误差分别约为5.5 km, 5.69 km和0.46%。试验结果和理论分析表明，可以从缩短接收站点的布局和降低电离层反射虚高两个方面进一步提高目标定位的精度。本文试验结果可为短基线天波超视距雷达的建设提供较为重要的参考价值。     

红外目标模拟器及校准系统性能参数研究

介绍了红外目标模拟器，对一种离轴抛物面反射镜式红外目标模拟器的工作距离和工作区的辐照度进行了计算，导出了红外目标模拟器校准系统采用光谱选择性和非选择性探测器时的噪声等效温差方程。     

红外成像跟踪系统作用距离等效测试方法与验证

考虑到大气环境条件、红外探测器的性能以及目标和背景热辐射特征等因素对红外成像跟踪系统作用距离的影响,针对红外成像跟踪系统作用距离的指标要求,在保证目标成像像素大小和目标与背景图像反差不变的情况下,提出了通过近距离小目标小温差等效替代的作用距离测试方法,并对等效测试的结果进行了远场动态试验验证,所得结果为红外成像跟踪系统的设计和作用距离评估提供了依据。     

星载高分辨率红外双谱段遥感器光学系统设计北大核心CSCD

针对高精度红外遥感成像的应用需求,提出了高空间分辨率、高噪声等效温差和大幅宽的中波/长波红外双谱段遥感成像技术方案,在太阳同步轨道获取地面目标的中波和长波红外辐射信息,谱段范围分别为3~5μm和8~12μm,中波红外谱段空间分辨率优于5 m,长波红外谱段空间分辨率优于10 m,幅宽大于20 km,噪声等效温差优于60 mK。根据噪声等效温差和光学传递函数等要求优化了光学系统指标参数,分析了二次成像同轴三反光学系统的冷光阑匹配原理,计算了光学系统初始结构参数,设计了光阑匹配型和出瞳匹配型中波/长波红外双谱段一体化光学系统,比较了两种方案光学系统的冷光阑匹配效果。     

低照度背景下弱小目标的成像实验研究

无人机等弱小目标具有飞行高度低、反射截面小、热信息弱等特点,尤其在低照度背景下,单一成像方式难以实现对弱小目标的探测和识别。实验对比了可见光成像、微光夜视成像、长波红外成像、激光主动照明成像等对弱小目标的成像效果,目的是研究适用于不同照度背景下弱小目标的探测识别方法。外场实验中,被测目标为小型四旋翼无人机,尺寸为290 mm×290 mm×196 mm,实验环境照度在10?2~10?4 lx之间,作用距离范围0.5~2 km。成像实验结果表明:普通可见光系统无法在环境照度低于10?2 lx时成像;环境照度为10?3 lx时,微光夜视和长波红外热系统的识别距离仅为0.5 km;近红外激光（中心波长808 nm）主动照明与微光夜视结合的主动成像方式可增加对弱小目标的识别距离,同等条件下主动照明成像作用距离是被动成像的3倍。     

甚高灵敏度红外探测器读出电路实现方法研究

随着红外焦平面技术的不断发展,红外焦平面探测器应用领域越来越广泛,这对红外焦平面探测器灵敏度提出更高的要求。本文首先分析了传统TDI型读出电路的降噪原理,通过仿真、测试及理论分析论述了传统TDI型读出电路提高红外探测器灵敏度的局限性,并计算出传统TDI型红外探测器所能实现的最优NETD值为4.19 mK。随后分析了像素级数字化TDI型读出电路的噪声来源及如何降低各类噪声,通过仿真结果结合理论计算得出像素级数字化TDI型红外探测器在应用32级TDI时NETD可达到亚毫K级,能够实现甚高灵敏度红外探测器的需求。