大型红外辐射面源的设计

红外辐射面源应用于特定红外特性目标的模拟,各种红外探测、制导系统的外场测试,红外目标源标红外辐射性能基本取决于面源温度场的控制。介绍了大型红外辐射面源系统的主要组成,采用外凸锥型制作辐射源表面以提高红外发射率。采用大功率加热管结合温控仪进行升温控制,通过分析及计算确定了加热系统的功率,并通过CFD仿真进行了冷却系统的风道设计及风扇选型。实验得出大尺寸辐射面温度的稳定性及均匀性均满足设计要求,可在30 min内将辐射面温度均匀控制在[80 ℃,300 ℃]范围内,误差小于1.5 ℃,可以设定温度以模拟不同的红外特性。     

HDR热成像系统动态范围特性测试评价方法

为了适应具有太阳、干扰弹、火光等强辐射背景下的高性能热成像应用,可适应温差达1 000~5 000 ℃以上强辐射干扰场景的HDR热成像成为国内外发展的重要方向。虽然HDR热成像系统动态范围测试系统组成与传统测试系统没有明显的差异,但目前尚没有适宜的测试方法和仪器,其核心在于缺乏大动态范围动态红外辐射源靶标。研究了一种HDR热成像系统动态范围特性测试评价方法,设计了一种新型的HDR动态红外辐射源阵列靶标,可获得温差不低于1 000 ℃的HDR动态红外辐射,实现HDR热成像系统动态范围特性的客观测试。实验结果表明:HDR动态红外辐射源阵列靶标在温度范围、稳定性、精度、调制频率等方面满足测试评价的要求,可实现快速、可靠的HDR热成像系统动态范围特性测试,对于推进HDR热成像技术研究和系统测试评价具有指导意义。     

基于ADRC的黑体辐射源温控系统

黑体辐射源广泛用于红外成像系统的校正,在实际应用中要求黑体空腔在整个腔面区域上具有稳定、均匀的温度场,为了提高控温精度,本文设计了一种基于自抗扰控制的黑体辐射源温度控制系统.首先,基于黑体辐射源的数学模型,在MATLAB/Simulink环境下进行ADRC控制算法的仿真,并与传统的PID和Smith预估计控制算法进行比较.仿真结果表明自抗扰控制算法具有响应快、精度高以及良好的设定值跟踪能力;其次,利用LabVIEW软件的图形化编程实现了离散ADRC的编程;最后,在Compact RIO实时控制器中实现黑体辐射源的温度控制和实验数据的采集.实验结果表明,此温控系统提高了黑体控温的精度,温度稳定性优于0.03℃/10 min,并且该算法有着更强的自抗扰能力.自抗扰控制算法通过对系统状态与未知扰动进行实时的观测和有效的补偿,提高了黑体辐射源的控温品质.     

测试装置空间分布对红外相机噪声等效温差测试的影响

红外相机的噪声等效温差（NETD）是评价成像质量的一项重要准则。红外相机NETD测试装置中的黑体辐射源、靶标、入瞳（平行光管加待测相机）三者的位置、口径需要满足一定的数学关系，否则会降低测试精度。基于几何光学理论、辐射度学，推导出红外相机测试系统中黑体辐射源、靶标、入瞳三者的空间分布关系，研究靶标孔处的测量温度与后方黑体辐射源温度之间的关系，建立数学模型，指导红外相机测试系统的试验，并结合一套测试系统，验证了测试装置空间分布满足本模型要求时，相对误差小于7.4%，否则测试精度迅速下降。分析了以靶标为目标时，靶标孔处的温度均匀性和稳定度的变化。     

基于模糊PID算法的红外面源黑体设计

针对红外热像系统检测需求,采用紫铜辐射面、热电制冷器、散热片等设计了红外面源黑体的结构,采用铂热电阻和24位AD采样,实现了环境温度及辐射面温度的高精度采集。为克服黑体时间常数大、响应滞后、环境温度持续扰动等问题,设计了模糊PID控制器,根据偏差及其变化率实时整定控制参数,实现超调量小、响应速度快、稳态精度高等目标。实验及测试情况表明,温控精度为±0.03℃,响应时间小于180 s,达到了设计要求。     

基于Bang-Bang和PID复合控制的红外探测器温控系统设计

红外探测器作为星载偏振探测载荷的核心部件,用于实现短波红外波段辐射偏振信息的光电转换.为保证应用性能,需要对探测器进行精密温控,保证其工作在较低且稳定的温度以降低探测器热噪声和暗电流.本文介绍了一种红外探测器温控系统,采用FPGA控制完成温度信号的采集并输出控制信号,数模转换器控制三极管驱动电流完成半导体制冷器的驱动,采用Bang-Bang和PID复合控制算法完成探测器的精密温控,测试结果表明,温控精度优于±0.1℃,温度稳定时间小于6 min,可将探测器在较短的时间内控制在目标温度范围内,为实现短波红外波段的高精度偏振信息测量提供保障.     

分布温度测量方法的研究

论述了仅由辐射源的光谱辐射出射度计算辐射源的分布温度的原理和方法,并对辐射源的分布温度计算程序给予说明。对几个具有相同真实温度的红外辐射源进行了测试和计算,得到了不同的分布温度值。说明了分布温度与其他温度之间在物理意义上所存在的本质区别。     

红外系统光谱匹配因数

本文从最基本的红外系统－探测器对辐射源的响应出发，导出了辐射源组合系统的光谱匹配因数表达式。并在１￣１４μｍ波段范围内计算了常用红外探测器ＨｇＣｄＴｅ、ＩｎＳｂ、Ｐｂｓ对３００Ｋ、５００Ｋ、８００Ｋ、１０００Ｋ黑体辐射的光谱匹配因数。总结了这些红外探测器对不同温度黑体辐射光谱匹配因数的变化规律，可供红外系统设计者参考。     

320×256短波红外焦平面温控系统设计与应用

针对碲镉汞红外焦平面需要在恒定低温条件下工作的要求,设计并实现了基于热电制冷技术的红外焦平面温控系统.该温控系统具有体积小、响应速度快、可控性好及温控精度高等特点,满足设计要求.实验结果表明,该温控系统可使短波红外焦平面在195K时长期稳定工作,温控精度优于0.1℃,焦平面暗电流及噪声水平均有明显改善.     

一种大型黑体辐射源测控系统的设计

为了满足近年来国内飞速发展的红外测控的定标需求,设计出了一种能满足更宽大视场角以及更高分辨率红外探测系统的测控定标用黑体辐射源的测控系统。采用7075冷处理锻压合金制成该大型黑体辐射源的面本体黑体辐射面,其有效辐射面积达到1200 mm×1200 mm。对于该尺寸的大型黑体辐射源,国内并没有现成的测控控制方法与手段来验证其技术指标是否达到设计要求。根据大型黑体的主要技术指标要求,给出了黑体测控及控制方法,并通过实际测控取得的数据验证了黑体测控系统的准确性。     

登陆艇红外伪装研究及伪装效果评估

试验分析了登陆艇的红外辐射来源,提出了红外辐射计算模型,计算了某型登陆艇的辐射强度.研究并提出适合登陆艇的红外伪装技术,分析了各种伪装手段对红外探测系统最大作用距离以及目标的发现、识别与认清概率的影响,并进行了红外伪装效果评估.     

多波段红外目标跟踪与辐射特性测量系统

介绍了一种对动态目标进行红外成像跟踪与辐射特性测量的系统.该系统采用大口径红外成像镜头,图像信号经放大、A/D转换和图像非均匀性校正,输出与目标辐射量成正比关系的数字图像信号.红外成像跟踪采用FPGA结合软件处理方法实现对目标的实时自动识别,进行形心、边缘与相关跟踪的计算.红外辐射特性测量采用基于PCI总线的高速图像采集板进行实时图像采集与显示.红外定标建立输出信号和标准黑体绝对辐射量的关系曲线,将原始的图像灰度数据换算为辐射通量密度.经外场试验证明该系统稳定可靠.     

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.     

低温背景红外目标成像实验研究

模拟低温背景红外场景是完成空间目标探测系统半实物仿真测试的关键技术,但利用现有技术模拟太空低温背景存在一定的困难.使用高低温箱法建立了一种低温背景红外目标辐射特性试验系统,并对红外目标在不同背景温度下的成像情况进行了研究,最后获得了红外目标成像与背景辐射的关系.实验结果表明,对于具有一定温度的黑体目标,背景温度在一定范围内变化时,探测器接收到的图像几乎没有变化,而且正焦位置与离焦位置具有相同的规律.这一结论对于在红外半实物仿真中模拟更低温度背景的红外场景具有一定的参考意义.     

飞行器尾焰红外辐射及其被动测距

旨在研究利用飞行器的尾焰辐射对飞行器进行被动测距。导弹和飞机发动机的排气系统是飞机在3~5 m波段的主要红外辐射源。建模计算了矩形喷管尾焰红外辐射特性,计算结果表明,不管观察方向如何,尾焰红外辐射强度色比是相同的。当辐射强度色比在大气中传输时,因为吸收和散射而被衰减,不同波长上红外辐射衰减幅度不同,辐射强度色比随着传输距离的改变而发生变化,色比包含了目标的距离信息。推导了目标尾焰色比与尾焰温度、辐射传输距离、大气消光系数之间的关系。计算了尾焰色比与尾焰温度的关系,推导出了红外三色比距离方程组,选取4.5、4.6、4.7 m三个波长对三色被动测距进行了研究。利用测距方程组画出了测距图。结果表明,利用该方法可对尾焰进行三色测距。     

大口径空间滤波调制红外光谱仪定标方法

红外辐射特性是对弱小目标进行探测与识别的重要依据,进行过辐射定标的大口径观测设备适用于弱小目标红外辐射特性的获取。大口径空间滤波调制红外光谱仪就是用于观测弱小目标的设备之一。文中讨论了一种适合应用于大口径空间滤波调制红外光谱测量系统的辐射定标方法,该方法由腔黑体加平行光管这种组合提供红外全谱段的标准辐射,计算了待定标光谱仪测量系统口面处各通道的辐射照度,用于红外短中长波的标校。用最小二乘法拟合得到光谱仪响应DN 值与辐射照度之间的定标曲线,并给出了实际定标结果。最后分析了辐射定标不确定度的来源及合成结果,合成定标不确定度在10%之内,满足大口径空间滤波调制红外光谱仪的定标需求。     

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。     

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。     

考虑积分时间变量的红外系统辐射响应定标

辐射定标是红外系统辐射特性测量的基础。文中采用间接扩展源法对红外系统进行定标,分析了红外焦平面阵列探测元的响应模型以及响应特性与目标黑体辐射、积分时间的关系。提出了采用最小二乘法拟合得到红外焦平面像元响应灰度值对辐射量和积分时间的响应函数的定标算法。通过分析不同环境温度下的响应函数,进一步验证了其有效性。该方法可简化定标过程,节省定标时间。定标方程不仅可用于定量分析辐射定标的影响因素,而且有利于动态范围较大时的辐射测量。