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。     

小目标与海空背景合成红外图像统计特性分析

针对海空复杂背景下红外小目标识别的需要,对海空背景及其小目标的红外图像特性进行了统计分析。具体分析了在有目标和无目标两种情况下3~5 μm和8~12 μm两个波段图像的均值、方差和协方差等统计特性以及图像的局部对比度、信杂比和阈值随探测距离变化的规律;同时对生成的红外热像进行了直方图分析。结果表明：随着探测距离的减小,导弹的辐射逐渐增大,到达一定探测距离时（大约8 200 m）可以从热像图中区分导弹的蒙皮辐射和羽流辐射。根据有目标和无目标两种情况下图像特性的差异,可以判断图像中是否存在目标,从而为目标识别提供了关于目标和背景的先验知识,研究结果可用于海空背景下红外小目标的检测。     

强激光辐照下硅基片超薄多层金属镜的热畸变

对硅基片超薄多层金属镜在CO2 激光辐照下的热特性进行了实验观测与理论分析。给出了超薄多层镜的结构设计方案 ,以及不同激光功率情况下镜面热变形与激光照射时间的关系曲线。结果表明 ,当反射镜吸收功率为 12 0W ,光照时间为 4s时 ,普通硅镜的热变形量为 0 71μm ;同等条件下硅基片超薄多层金属镜最大热变形量仅为 0 2 5 μm。理论计算与实验结果基本相符。     

强激光反射镜热变形的瞬态特性研究

利用2 kW CO2激光器作为激光照射源,用测量精度为±0.03 μm 的Twyman-Green干涉仪、CCD摄像技术、计算机数据采集与处理系统,对硅镜在强光照射下不同时刻的热变形进行了实时测量和数据处理,得到了在不同激光照射时间下镜面热变形的干涉条纹序列图以及给出了热变形量随激光照射时间的变化实验曲线.实验结果显示:在实验用硅镜直径Φ78 mm,镜面厚度为10 mm,镜面对10.6 μm CO2入射光的反射率为63%;净吸收激光功率为140 W,激光辐照时间为4 s的条件下,硅镜最大热吸收变形量为0.46 μm,约为1.315 μm COIL激光波长的1/3,是导致COIL激光器在出光过程中光束发散角增大和光轴漂移的重要原因之一.(OH2)     

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。     

基于系统对比度的目标探测谱段分析

天基平台下对飞机目标的探测具有距离远、目标信号能量弱的特点,需选择合理的谱段以得到较强的信号能量。本文通过建立系统对比度模型,从系统的角度分析对比度对探测谱段选择的影响,并结合目标和背景的辐射特性,对不同类型飞机在不同探测距离和探测角度下分析仿真,仿真结果表明:系统对比度可以有效选择探测的谱段,在不同波段处,系统对比度存在明显差异,且会随着探测距离和探测天顶角的增加而下降,但系统对比度的峰值不发生偏移,主要峰值点为4.15μm和4.4μm,较强对比度波段为4.09~4.19μm、4.3~4.5μm、8~9.2μm和10.5~12μm,上述波段比较适合用于飞机目标探测。     

CO_2激光辐照对熔石英表面形貌与应力分布的影响

采用不同光斑直径的10.6μm CO2激光束对熔石英表面损伤进行辐照处理。实验发现,对于50μm以下的损伤点,单发激光脉冲辐照即可使得激光损伤阈值恢复到基底完好区域的水平,对于在50~300μm之间的损伤点,采用低功率较长时间辐照后逐渐增加功率修复的方式可以彻底消除材料内部更深的裂痕。对不同尺寸光斑辐照后的应力分布研究表明,激光束尺寸、激光功率和激光作用时间是影响材料体内应力分布的主要因素,相比较而言,激光尺寸对应力分布的影响更为明显。对前后表面损伤分析表明,当辐照区域置于入射面时,辐照带来的微小环状凸起会造成后表面环形调制损伤,是损伤的最薄弱环节,当辐照区域置于后表面时,烧蚀主要影响阈值的整体提升。     

组织表面附着水膜层对脉冲CO_2激光骨硬组织消融的影响

评估组织表面附着水膜层对激光骨硬组织消融效果的影响。以新鲜离体牛胫骨组织为实验样品,置于速度为12 mm/s的一维电动平移台上,分别在有附着和无附着水膜层情况下使用脉冲CO2激光进行垂直照射,来回扫描5次。激光波长10.64μm,脉冲频率60 Hz,能量密度范围18~84 J/cm2,光斑直径400μm,水膜层厚度0.4 mm。辐照后,利用体视显微镜和扫描电镜(SEM)观察消融凹槽表面形貌改变和微结构变化,利用光学相干层析成像(OCT)技术测量消融凹槽深度。结果表明,组织表面附着水膜层可减少激光骨消融过程产生的碳化和热损伤,有利于清洁消融凹槽,且辐射曝光量为50 J/cm2和70 J/cm2时附着水膜层可提高消融速率。     

应用激光活化饵料藻种的研究

应用Nd:YAG激光(波长1.06μm,功率5w,照射时间0.5-3 min)和Ar+激光(波长488nm,功率70mw,照射时间5-15min)对长期保存的不同保存形式的塔胞藻(Pyramidomonassp.)进行辐照处理。研究了不同剂量激光辐照对藻体生长和叶绿素含量的影响。实验结果表明:照射剂量为60s的Nd:YAG激光及剂量为15min的Ar+激光对液体保存形式的藻种有较明显的促长效果,接种后这两种激光处理组的比生长速率分别较对照提高达53.33%和28.89%,叶绿素含量分别增加73.33%和65.69%。两种激光对液体保存藻种的活化效果均好于固体保存种。     

微测辐射热计单元红外吸收分析

介绍了一种计算多层结构微测辐射热计探测单元的红外吸收模型,并计算了所设计25μm微测辐射热计探测单元的红外吸收。当探测单元表面金属吸收层的方阻从2~600Ω/□变化时,单元的吸收功率先逐渐增大,之后缓慢下降。对于300 K黑体辐射,当探测单元的吸收层方阻达到332Ω/□时,吸收率达到最大。此时在8~14μm波段单元的红外吸收率平均值为72%,吸收功率为16 nW。在此基础上对探测单元结构的悬空高度进行优化,得到最优的两层悬空间隙高度均为0.8μm,最优吸收率为82%。     

不同离焦条件对骨硬组织激光消融的影响

评估了不同离焦辐照条件对脉冲CO2激光骨硬组织消融的影响。实验样品为新鲜离体牛胫骨组织,置于由计算机自动控制的一维电动平移台上。调节工作距离,分别在光束聚焦平面前后光斑尺寸约为510μm处进行非接触式垂直照射。脉冲CO2激光波长为10.64μm,脉冲频率为60 Hz,能量密度范围5~45 J/cm2。平移台移动速度为20 mm/s,重复扫描6次。肉眼和显微镜观察组织样品形态学变化,常规组织病理切片处理,苏木精-伊红(HE)染色,共焦扫描显微镜观察并摄取图像。运用测量软件测量骨样品消融凹陷的几何尺寸,获得切口宽度、深度和切口截面积随辐射曝光量的变化关系。结果表明,脉冲CO2激光可以应用于骨头等硬组织的切割,不同的离焦辐照条件对组织消融效果具有重要影响;在临床上,为获得窄且深的消融切口和高的消融率,可以稍微将光束聚焦在组织表面下方。     

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%。     

探测天顶角与太阳天顶角对卫星红外探测的影响

为了分析不同探测环境对卫星红外探测的影响,推导了倾斜探测路径下目标与背景在探测器入瞳处的辐照度对比度计算公式。计算了目标在海天背景下不同温度、不同高度、不同太阳天顶角、不同探测天顶角条件下,目标与背景在0.75~14μm波段的红外单色辐射照度对比度。分析指出:太阳天顶角对红外探测的影响主要在2.7μm以下波段,探测波长大于2.7μm可不考虑太阳的影响。目标在5 km以下、探测天顶角在60°以上继续增加时,探测波段变窄,不可探频段增宽;目标在10km以上,探测天顶角变化对探测影响很小。这些结论可用于指导卫星红外探测波段选择与探测结果分析。     

CO激光感生UF6光化学反应

加州洛杉机同位素工艺公司的J. W. Eerkens及其同事们报导了用CO激光器加速UF6和HCl同位素选择反应的技术。这种非热反应由于255 K的辐照而加快6倍以上。用5.33 μm的单激光谱线选择性地激发UF6的3v3带。为了获得更高的激光功率。可改用液氮冷却的CO激光来照射激光腔内的气体反应池。这样，10 W输出的单线激光功率利用率可增加25~30倍。确定激光催化反应同位素选择性的研究也正在进行中。     

白光辐照多光谱CCD的干扰效应研究

为了研究多光谱CCD相机的干扰效果,分别采用氙灯(白光)、671nm激光、473nm激光和532nm激光对多光谱CCD相机进行干扰实验,提取了红、绿、蓝三通道下的干扰图,并对干扰效果进行了分析,最后利用光生载流子的扩散模型对白光辐照多光谱CCD进行仿真。结果表明, 白光辐照多光谱CCD相机时,红、绿、蓝三通道会同时被干扰,干扰效果明显优于单波长的干扰效果;当白光的入射功率为10.5μW时,白光辐照多光谱CCD的饱和像元数为2382pixel,随着入射功率的增大,多光谱CCD的饱和像元数也逐渐增加,当白光的入射功率为980μW时,白光辐照多光谱CCD的饱和像元数稳定在320078pixel;多光谱CCD对各个波长连续激光干扰响应程度从大到小依次为白光、532nm、473nm、671nm;仿真所得干扰图以及饱和像元数随激光功率的变化关系曲线与实验结果基本相符。该结果有助于多光谱CCD相机干扰机理的深入研究。     

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。     

高功率激光器输出窗口热效应的数值分析

利用格林函数解析法,针对高功率激光器中常见的环形分布激光束,计算并分析了由化学氧碘激光器目前比较流行的几种光学材料蓝宝石(Al_2O_3)、石英玻璃(SiO_2)、单晶硅(Si)组成的窗口镜的温度场分布以及热畸变特性。计算结果表明,在激光辐照的5秒时间内,温升场主要集中在激光束辐照的环形区域内,在整个镜面上远未拉平,由此引起的径向热变形也很不均匀。在激光辐照功率为50kW,辐照时间为5s的情况下,Al_2O_3、SiO_2、Si,三种窗口镜的最大热变形量分别是1.993μm,0.393μm,和6.251μm。     

波段内激光辐照光电探测器的光热效应实验研究

以1.06μm激光为例,使用PC型HgCdTe探测器,从实验的角度全面给出探测器各种可能的激光响应结果;同时给出响应波段内激光辐照探测器时光、热各自作用及光热综合作用的实验曲线,并结合此结果以清晰直观的图像分析了波段内激光辐照光电探测器时各种响应结果的成因.研究表明:激光辐照过程中,探测器信号响应曲线是光、热综合作用的竞争结果;激光停照后,信号曲线仅反映探测器的热恢复过程;光电导探测器的光响应和热响应随工作温度的变化均存在峰值响应.探测器的工作温度、激光功率密度和辐照时间是影响探测器信号响应曲线行为的关键参数.     

大气折射和色散对激光传输的影响

由于大气折射和色散效应，当用可见光或红外线瞄准目标而用另一波长的激光对目标进行探测或打击时，瞄准路径和激光传输路径是不一样的，瞄准点和激光束之间存在误差。本文建立了大气层折射模型，并给出了在不同仰角时，用可见光(0．55μm)和红外线(4μm)进行瞄准、用CO2激光器对10km远的目标进行探测或打击，瞄准点和CO2激光束之间的距离大小。     

典型大气条件下的目标-背景对比度的计算分析

大气中目标—背景对比度是进行目标探测识别的一个重要参量,本文从辐射传输理论 出发,利用辐射传输软件包MODTRAN ,计算了具体大气状况下的目标—背景对比度,并且计算了典型大气条件下可见光到红外波段上( 0. 4～14μm) 的目标—背景对比度,分析了目标背景对比度对波长的依赖关系。