中波红外与长波红外推扫成像性能分析

基于长线阵中波红外和长波红外探测器的推扫成像技术,是实现高空间分辨率和高温度分辨率卫星对地观测的技术途径之一。随着长线阵红外探测器的发展,该技术受到高度关注,并已在一些领域得到应用。介绍了中波红外和长波红外谱段成像特点以及基于长线阵中波红外和长波红外探测器的卫星推扫成像技术发展现状。重点根据中波红外和长波红外谱段的波长、温度为300 K 目标的辐射强度以及光学系统和探测器参数,分析了它们的成像性能,包括调制传递函数(MTF)、地面像元分辨率(GSD)和噪声等效温差(NETD)。对于常温目标,在积分时间足够长的情况下,保持相同的MTF,中波红外比长波红外推扫成像可实现更高的空间分辨率和温度分辨率。结合分析结果,对充分发挥这两个谱段的成像性能提出了建议。     

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。     

星载红外双谱段高光谱成像仪光学系统设计

针对国内外星载红外高光谱成像数据空白和迫切应用需求,本文提出了星载红外双谱段高光谱成像技术方案,实现高空间分辨率、高光谱分辨率和高温度灵敏度成像。工作谱段覆盖中波红外(3～5μm)和长波红外(8～125μm),中波和长波红外谱段的光谱分辨率分别为50nm和100nm,空间分辨率为60m,成像幅宽为60km,噪声等效温差优于02 K。分析确定了红外高光谱成像仪的光学系统技术指标,设计了望远光学系统、光谱成像光学系统和高光谱成像仪整体光学系统。望远光学系统采用自由曲面离轴三反设计方案,实现了大相对孔径像方远心和低畸变设计,相对畸变小于0135;光谱成像光学系统采用Wynne Offner结构形式,实现了高成像质量、轻小型化设计,不同波长的传函均接近衍射极限。设计结果表明,星载红外双谱段高光谱成像仪的光学系统成像质量优良,结构布局紧凑合理,具有较强的工程应用价值。     

一体化红外双波段成像光学系统

根据目标在不同光谱波段下的光学特征设计了双波段系统,具有优于单色探测系统的探测能力和复杂环境下的目标识别与干扰判别能力,提高了有效侦察率、大大降低了虚警率.介绍了几种常见红外双波段系统,简述其原理,通过相应具体实例重点分析研究了折反式红外双波段以及折射式制冷型中波红外和长波红外双波段,采用共用窗口一体化红外双波段形式,结合二次成像和100%冷光阑效率技术,同时在两个波段内较好地完成了系统像差的校正,且两波段相对孔径、视场和焦距一致,因而可以融合中波红外图像和长波红外图像,充分利用中波红外、长波红外各自优点,符合实际应用需要.     

中波红外和长波红外探测系统性能的比较与选择

针对常用的各种中波和长波红外探测系统,从探测器特性、目标辐射特性、背景辐射特性、大气传输特性和红外系统设计等方面,分析、计算和比较了中波红外和长波红外探测系统的有关性能,提供了有实用价值的数据。根据不同的探测目标和使用环境,为红外探测系统的设计提出了波段选择的建议。     

红外双波段光学系统被动式消热差设计

为提高红外光学系统的目标探测识别能力,增强其温度适应能力,在分析红外材料在中波和长波红外波段的色差与热差特性的基础上,根据系统光焦度分配、双波段轴向消色差和双波段消热差等要求,利用红外色差图合理选择光学材料组合,设计了一款中波和长波红外双波段消热差系统,系统采用非制冷探测器,工作波段为3~5 m和8~12 m,由4片透镜组成,焦距为50 mm,相对空间为1:1.25,全视场角为14,总长67.9 mm。设计结果表明:在温度范围-50~60 ℃范围内,在空间频率为17 lp/mm处,系统在中波和长波波段的MTF值均大于0.4,表明系统有较强的温度适应性。     

中/长波切换工作模式的双色量子阱红外焦平面研制

报道了中/长波切换工作模式的双色量子阱红外焦平面研制。通过特殊设计的器件和读出电路结构,获得了可对中波波段和长波波段选择的切换架构。突破了双色量子阱材料、器件以及读出电路等关键技术,研制出384288规模、25 m中心距双色量子阱红外焦平面探测器。在70 K条件下器件性能优良,噪声等效温差为28 mK(中波)和30 mK(长波),响应峰值波长分别为5.1 m(中波)和8.5 m(长波)。室温目标红外成像演示了探测器的双色探测功能。     

微桥电阻的辐射特性研究

随着微机械加工技术的发展,电阻阵列成为一种最具发展潜力的动态红外景象产生器。在半实物（HWIL）仿真系统中,它被用来对红外摄像机、导弹寻的器以及各种红外探测系统的实时性能进行测试和评估。电阻阵列采用电阻元作为其微辐射元,当电流流过时。电阻元产生热量进而产生红外辐射。通过控制流过每个电阻元的电流就可以控制电阻的温度,从而达到显示红外图像的目的。介绍了利用表面微机械加工技术研制的电阻阵列基本组成单元——微桥电阻的辐射特性．主要包括：微桥电阻介质膜红外光谱辐射率、等效黑体辐射温度以及温度分辨率等,并通过分析得出该微桥电阻具有低功耗、高等效黑体辐射温度的特点。能够满足中波和长波红外目标模拟的需要。     

多波段红外点目标的夜视成像差异分析

通过分析在夜视条件下短波红外、中波红外和长波红外点目标辐射成像机理,明确了多波段红外成像的影响因素,建立了短波红外、中波红外和长波红外图像点目标的形成模型,并对模型进行分析与仿真实验,揭示了多波段红外点目标夜视成像特性差异的形成机理,比较了多波段红外点目标成像的差异,并且通过实验图像的差异特征验证了这些成像特性差异的存在性,最后得出了多波段红外点目标图像的灰度值存在差异,大气传输影响存在差异以及夜光辐射影响存在差异的结论。     

用于远距离高温目标辐射探测的光谱系统设计

针对远距离高温目标多光谱辐射测温的需求,设计了一款多通道光谱探测系统。系统前端采用同轴两反卡塞格林式结构收集目标光谱辐射,后端包括用于目标定位的长波红外成像瞄准系统和分别工作在380～1050 nm、980～2550 nm双波段光谱系统。光谱系统采用Czerny-Turner结构,在380～1050 nm波段分辨率优于5 nm, 980～2550 nm波段分辨率优于15 nm,光谱通道数量大于220个。400 m目标外场实验和700～2300℃高温黑体温度实验表明,多通道光谱探测系统能够进行远距离目标的瞄准和光谱探测。本文设计的多通道光谱探测系统有望用于地面、航空及航天等远距离的温度探测。     

基于多谱段集成检测的宽光谱AOTF性能测试系统

声光可调谐滤波器(Acousto-Optic Tunable Filter, AOTF)是一种新型分光器件,近年来在光谱分析技术领域得到广泛应用.首先分析了AOTF的分光特性及驱动要求,介绍了AOTF器件的关键性能指标和测试方法.其次针对AOTF器件性能设计了专用测试系统.系统采用单色仪作为光源,通过多谱段集成检测方法,能对宽光谱AOTF器件进行驱动频率匹配、衍射效率和光谱分辨率的测试.测试系统波长的覆盖范围是400~3 200 nm,光源稳定性优于98%,光谱分辨率在450 nm处小于0.4 nm,在2 400 nm处小于2.0 nm.最后以短中波晶体的测试为例,验证了该测试系统的功能及性能,达到了设计要求.基于多谱段集成检测的宽光谱AOTF性能测试系统由于其高效、便捷等特点,具有很强的工程应用价值.     

国外中长波双波段红外成像技术的发展及应用

中长波双波段红外成像技术能同时获得中波、长波两个大气窗口的红外辐射信息,同时具有两种单波段成像技术的优点.通过优势互补,中长波双波段红外成像技术能够提高装备对各种复杂环境条件的适应能力,提高各类作战任务的成功率.在过去二十几年中,欧美主要国家实现了从双探测器双波段成像到单探测器双波段成像的发展及批量装备,目前正向更高分辨率、更远作用距离的方向发展.中长波双波段红外成像技术主要用于提高各类主战装备对不同的作战环境的适应能力以及各类搜索跟踪识别系统对目标的探测识别成功率.此外,可以通过中长波双波段红外成像技术获取目标的温度、光谱特性等特征信息,可用于反干扰、反伪装.     

拼接红外探测器技术研究

红外探测器作为空间红外预警卫星的核心部件,随着红外探测器性能的不断提升,采用更大规模,更多谱段的红外探测器焦平面阵列是未来预警用红外探测器的发展趋势。通过多芯片,多谱段集成拼接制备出线列规模更长的红外探测器,以满足红外预警卫星大视场、高分辨率以及多光谱探测的能力。本文对国内外多芯片,多谱段拼接红外探测器组件发展现状以及技术路线进行对比,对小型化拼接探测器在其他领域的使用前景展望,最后点出大尺寸拼接红外探测器研制目前存在的主要问题。     

一种多谱段红外成像光学系统设计

为提高红外远程目标探测识别能力,除了增加焦距和有效口径等传统措施,还需要进一步获取目标的多谱段信息,从而将具备不同辐射特性的目标和背景区别开。本文提出了一种采用多谱段分区红外探测器和棱镜旋转像移成像光学系统,将同一目标的红外辐射能量会聚到探测器不同谱段区域进行成像,从而获取同一目标的多谱段成像信息。该系统采用同轴反射式光学系统,具备8个不同谱段分区的两支红外探测器,通过棱镜旋转实现同一目标的8个谱段信息获取。系统焦距520 mm,有效口径200 mm, F数为2.6。光学系统结构紧凑,棱镜旋转与探测器成像实时对应,不存在成像延迟和像旋,具有口径大、焦距长、谱段多等特点,满足系统高分辨率、长作用距离、多谱段信息获取等要求。     

红外高光谱遥感成像的技术发展与气体探测应用（特邀）

相对可见光和短波红外谱段来说,在红外谱段进行高光谱遥感成像具有独特优势,特别是在资源勘查、地表环境监测、大气环境监测、军事侦察方面。尽管当前红外高光谱成像仪主要以机载为主,还未实现星载,然而国内外相关机构从未放弃推进红外高光谱遥感的星载化。文中首先分析了国内外典型的红外高光谱成像仪的设计、实现与技术指标,从光谱分辨率、空间分辨率、辐射分辨率三个核心指标总结了现有红外高光谱成像仪的技术特点、存在问题和解决途径。未来很长的一段时间内,红外精细分光、低暗电流焦平面探测器、低温光学与背景抑制仍然是红外高光谱成像仪研制所要解决的核心问题。在此基础上,文中重点介绍了在远距离气体探测方面的应用,并分析了其独特优势。最后,展望了红外高光谱成像技术的发展方向。     

基于Zemax仿真的红外光场成像技术

光场成像作为计算摄影学的研究方向之一,可以通过单次拍摄得到目标的四维全光信息,包括空间两维以及角度两维信息,由此可以通过多视角立体匹配原理实现三维成像。目前光场成像集中应用于可见光领域,用于其他光学成像波段的情况较为少见。本文提出基于Zemax仿真的红外光场成像技术,将光场成像系统与长波红外成像系统相结合,从光场成像原理以及长波红外成像特性出发,对长波红外光场成像系统结构设计进行了深入研究,同时为了提升三维成像的效果,分析了红外光场成像系统光学参数对深度分辨率的影响,得出深度分辨率主要由微透镜成像关系、微透镜工作F数、主透镜焦距、物距以及探测器像素尺寸确定。针对长波红外探测器像素数较少的情况选择了聚焦型光场成像系统,根据设计结果,使用Zemax仿真验证了长波红外系统与光场成像系统相结合的可行性以及理论设计的正确性。     

衍射光学系统红外光谱目标探测性能

衍射光学系统具有大口径轻量化的优点,但其光谱范围较窄,能利用的红外信号能量较小,通常认为采用后会使红外相机的探测信噪比降低。基于衍射光学系统,分析了对地观测红外相机的目标探测性能,结合一个非制冷红外相机信噪比计算示例,明确了在地物背景和目标光谱特性不同的条件下,基于衍射光学系统的红外相机仍可能具有良好的目标探测性能。同时将红外相机等效噪声功率与激光和电子学系统进行对比,提出了红外探测系统的性能还可能进一步提高的观点,给出了一种引入激光本振结合电子学滤波细分红外光谱降低等效噪声功率的方法。     

中长波双色目标和干扰模拟仿真技术

为了能评估中长波红外双色探测系统抗干扰性能,对双色目标和干扰模拟仿真技术开展了研究。基于多波段红外目标以及干扰生成技术,建立多波段目标和干扰光谱辐射模型、运动模型。同时,基于中长波双色半实物仿真系统,通过MOS电阻阵+DMD目标模拟器构成的中长波红外图像模拟器,多通道复合定向光学系统以及安装被测探测系统的弹目姿态模拟系统,将目标模拟器生成的中长双色图像经多通道复合定向光学系统复合、准直、扩束后提供给被测双色探测系统,验证仿真模拟效果。     

宽谱段高分辨率低温成像光谱仪制冷系统设计

宽谱段高分辨率低温成像光谱仪可对星际矿物成分、大气成分进行有效识别,但由于深空探测目标温度很低,为了抑制光谱仪自身噪声,提高分辨率,需要红外谱段工作在几十K的低温环境下,这对制冷系统设计提出了严峻的挑战。在调研国外用于金星、彗星探测的可见/红外成像光谱仪(VIRTIS)制冷技术的基础上,对宽谱段高分辨率低温成像光谱仪制冷系统进行了设计与仿真分析,仿真结果显示M和H探测器部件温度梯度非常小,约为410-2 K;探测器工作温度70 K;M和H部件壳体温度为1301 K;框架温度为2001 K,符合制冷系统设计要求。研究成果对在深空探测领域具有通用性的低温高光谱成像系统中制冷系统的研制具有一定的指导意义。     

污染云团红外光谱多目标识别系统

建立多目标污染云团红外光谱的识别系统 ,适合于从被动傅立叶变换红外光谱仪( FTIS)实时遥感获取的混合光谱中识别出目标。其目的为了提高实时监测报警系统的正确报警率 ,且利于整机处理的硬件化。该系统可对多目标光谱并行识别 ,也可对单一目标识别。最后给出该系统对模拟剂的识别结果。