夜间天空背景及云层红外辐射测量分析

采用中波、长波红外热像仪对夜间无云天空背景及云层背景红外辐射亮度进行了测量。无云天空背景中波波段辐射亮度在0.58~1.30 W·m-2·sr-1,长波波段辐射亮度在6.61~15.29 W·m-2·sr-1。由于夜间条件下无太阳辐射影响,相同俯仰观测角条件下,0°~360°各个方向天空背景辐射亮度基本一致。从无云区到有云区,随着云层厚度的增加,其辐射亮度逐渐增大。相对于无云背景,中波波段云层中心辐射亮度增加了1.5%,长波波段云层中心辐射亮度增加了14.2%,长波波段云层对天空背景辐射影响更加显著。     

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。     

天空大气背景红外辐射建模与计算

研究天空大气背景的辐射对空中目标的探测非常重要,为此对大气辐射亮度的计算进行了建模与计算,通过对大气分层的方法得到了天空辐射亮度的计算公式,然后结合公式对吸收和散射的计算方法进行了详细的讨论,对于吸收主要考虑了水蒸气、二氧化碳和臭氧的吸收,而散射主要讨论了气溶胶的散射,最后通过典型数据对大气吸收、散射、透过率、光谱辐射亮度、辐射亮度等进行了计算,与MODTRAN软件的计算结果进行了比较,并对天空红外辐射的特点进行了分析。     

红外目标光谱辐射亮度测试技术

红外目标光谱辐射亮度对于武器光电系统的搜索、跟踪及目标识别都具有重要的应用。以红外辐射理论为基础,在同温度、同波长下采用红外傅里叶分光法并与标准黑体相比较的方法对红外目标光谱辐射亮度进行了测试技术研究,建立了红外目标光谱辐射亮度计量测试装置。根据实验结果分析,该装置在波长范围2.5～14 m,1 000 ℃、3 000 ℃、5 000 ℃、7 000 ℃四个温度点条件下,测量误差为1%,在5 000 ℃、7 000 ℃时,测量误差小于0.1%。分析讨论了对测量结果产生影响的因素,得出当标准黑体温度与被测红外目标温度不一致时,会给测量带来较大误差;在3.0～5.4 m范围内,分别选用InSb和MCT两种探测器,产生的偏差为0.5%。     

大气层外空间目标红外探测性能分析

由于空间环境的特殊性,对空间红外目标进行探测与大气层内红外目标的探测有明显不同.本文从空间目标的红外辐射原理出发,给出了空间目标红外特性的计算模型,并给出了空间目标在3～5 μm和8～12 μm波段红外辐射强度的计算结果;通过对空间目标红外特性的计算分析.提出了几种探测方案,并分别计算了各方案对空间红外目标的探测距离,...     

空间目标红外辐射谱测量技术研究

本文系统介绍了空间目标红外辐射谱测量技术,概述了空间目标信息获取的研究意义和主要研究方法,并从系统的角度研究了谱测量技术的实施方案和主要研究内容,讨论了光学系统参数、目标探测距离和温度分辨率等重要参数,讨论了背景辐射消除、目标精密跟踪等信号处理方案。     

弱小目标红外探测系统的杂散辐射分析

杂散辐射是指到达红外探测系统靶面的非目标成像的辐射能量。杂散辐射经过光电器件后增加了系统的噪声,降低了系统的输出信噪比,影响到红外探测系统对目标的探测能力。为了提高红外探测系统对空间弱小目标的探测能力,分析了红外探测系统的杂散辐射来源;推导了不同地理纬度、不同时刻下的红外探测系统太阳辐射入射角计算公式;分别计算了红外探测系统的太阳辐射、天空背景、热辐射噪声等效电子数;比较了杂散辐射噪声和探测器的固有噪声,分析了红外探测系统的最小噪声极限,得出地基红外探测系统的背景噪声决定了系统的探测极限。     

云对空中目标红外探测的影响

云是造成空中目标探测和识别困难的重要因素。从目标和云的红外辐射出发, 分析了云影响目标红外探测的问题。首先根据目标和云的4种位置关系, 建立了不同情况下探测器接收到的目标和云背景辐射差的计算模型, 然后对模型中参数的计算进行了讨论, 最后根据模型进行了实例的仿真计算和分析。计算结果表明: 在8~14 m波段上, 目标与背景的辐射差在9 m波长、50方向角附近的值比较大, 而在波长较长、方向角角度较大的部分值较小。该结论可以为红外探测系统的设计提供依据。     

地基大气背景红外光谱辐射特性测量

用傅里叶变换红外光谱辐射计(FTIR)在地面测量了较高分辨率(1 cm-1)下的大气向下背景光谱辐射,获得了长波红外5~14μm波段的大气背景辐射光谱。研究了大气背景红外光谱辐射与整层大气透过率的关系。从实验数据中研究了不同波段大气背景辐射随观测天顶角的变化。结果表明:地基大气向下的长波背景辐射亮温随着整层大气透过率的增大而减小;大气背景辐射随观测天顶角增大而增大;在大气窗口区,大气背景辐射随观测天顶角变化较快,在强吸收波段,大气背景辐射随观测天顶角几乎不变化。     

地基天空背景辐射测量技术及其应用研究现状与展望

天空背景辐射是指大气粒子对太阳光的吸收和散射形成的大气层内散射光亮度的空间分布,在科学研究及工程应用方面发挥重要作用。简要介绍了几种地基天空背景辐射测量仪器,并从大气气溶胶粒子光学特性反演,大气柱中水汽、臭氧、NO2等气体含量反演,及云的分布判别几个方面阐述了地基天空背景光谱辐射分布在大气光学方面的应用,为后续的研究提供参考。最后,提出几点根据全天空背景光谱辐射进行环境感知及天气识别等方面的研究目标。     

地面目标红外辐射及防护研究

本文从红外辐射的最基本理论出发，研究了地面目标的红外辐射及影响地面目标红外辐射的因素。通过对红外辐射的大气传输的研究，得到了红外系统的作用距离公式，举例计算了红外系统探测距离与目标温度、大气消光系数等一些典型参量之间的关系。最后讨论了地面目标红外防护的方法。     

固定翼飞机地面红外辐射特征测量及分析

固定翼飞机的红外辐射特征研究具有重要意义。利用 MODTRAN 软件计算大气透过率和程辐射,用8～14?m长波红外测量设备对固定翼飞机进行了红外辐射测量。测量结果表明,地面滑跑阶段固定翼飞机机头、机身、尾翼部分辐射亮度基本接近,且各个方向辐射亮度基本一致;尾喷管附近蒙皮辐射亮度远高于机身辐射亮度;尾焰辐射亮度具有方向性,后向辐射最强。     

红外目标探测距离的估算

红外热成像系统探测距离的估算,对于提高红外系统设计水平,降低成本,缩短研制和生产周期都有非常重要的作用.但是探测距离受很多因素,如目标特性,大气传输、热成像系统参数等的影响,这使得红外热成像系统探测距离的估算难度大大增加.传统的红外作用距离估算一般是将大气透过率视为常数的,这会带来很大的误差.本文考虑了大气气溶胶模式下大气透过率随环境的改变,给出了更为具体的红外目标探测距离的表达式.通过编制程序和查找相关数据,计算了热成像系统对点源和扩展源的探测距离.     

不同地面背景下目标与背景红外辐射对比特性

目标与背景的红外辐射对比特性研究对于红外制导和红外隐身课题都具有十分重要的意义,在此对不同地面背景下的目标车辆与背景红外辐射对比特性进行研究。先引用了目标红外辐射特性的计算公式,再分析主要水泥地面和土壤地面两种不同背景不同的辐射求解方法。最后通过仿真实验,总结出随着温度上升不同地面背景下目标车辆与背景红外辐射对比特性的变化,得到水泥地面和土壤地面中,不同发射率目标隐身需要达到的温度,为今后的目标隐身提供了数据支持。     

地面目标红外辐射及防护研究

本文从红外辐射的最基本理论出发,研究了地面目标的红外辐射及影响地面目标红外辐射的因素。通过对红外辐射的大气传输的研究,得到了红外系统的作用距离公式,举例计算了红外系统探测距离与目标温度、大气消光系数等一些典型参量之间的关系。最后讨论了地面目标红外防护的方法。     

目标与背景的红外辐射特性仿真方法

基于红外辐射理论,综合考虑自身辐射、反射辐射、大气长波辐射等因素,研究了目标的红外辐射特性仿真方法,编制了目标红外辐射仿真软件。以某钢板为例,建立了目标的仿真计算模型,确定了目标表面的边界条件,计算了目标表面的温度场分布,将仿真计算与试验测量的钢板表面温度数据进行了对比,结果显示:仿真计算的平均误差在1.5 ℃以下,验证了仿真方法的正确性,并在此基础上仿真计算了不同时刻目标的红外辐射特征分布,证明了红外仿真方法的合理性,为车辆与复杂背景的红外仿真计算奠定了基础。     

影响红外目标探测亮度的因素

文中就红外目标探测实验中,目标辐射亮度随作用距离增加而增强的现象提出问题。以红外探测亮度方程为理论基础,利用大气辐射传输软件LOWTRAN,对目标与背景的红外辐射亮度、路径辐射亮度、路径透过率、距离和有效作用面积等影响红外目标探测亮度的各项因素进行了深入的分析。结果表明, 随着作用距离的增加, 背景辐射亮度增加在所有影响探测亮度的因素中占据主导地位,最终使得目标辐射亮度增加。通过文中的分析,合理解释了实验现象,对于设计红外探测系统、跟踪系统的目标提取算法具有十分重要的意义。     

临近空间对地探测目标与背景红外特性研究

红外辐射特性是红外探测系统进行目标识别的主要依据。基于辐射传输原理,面向临近空间对地探测目标与背景的红外特性进行研究。利用全球大气廓线反映全球大气状况先验知识,设计了一套临近空间对地探测红外特性研究的辐射传输仿真方案。利用MODTRAN模型进行仿真,量化临近空间对地探测目标与背景的红外特性差异,分析传感器最优透过率波段以及红外辐射特性的影响因素。结果表明,大气透过率以及目标与背景的红外辐射差异随着临近空间传感器高度的增加而减小,且与大气状况密切相关;得出了传感器在3~14 μm范围内的最优透过率波段;季节、大气能见度与传感器观测角度对目标与背景的亮温差异造成的影响不可忽略。     

3~5μm红外天空亮度测量的多元定标模型

传统一元定标法测量红外天空亮度,面临诸多困难,如测量易受环境温度变化影响、仪器动态范围不足等。提出增加积分时间为自变量的二元定标模型,解决了仪器动态范围不足的问题;然后通过改变环境温度的系列实验,掌握了二元定标模型中仪器辐射随环境温度变化的规律;基于此,提出再增加环境温度为自变量的三元定标模型。实验数据表明,三元模型与实测数据拟合程度很高,相关系数为1.000,模型参数a、b、d,95%置信度的相对不确定度均小于0.82%,当环境保持某一温度不变时,三元模型退化为二元模型,各模型参数稳定,其相对偏差小于0.6%。最后,通过红外天空亮度实测,验证并比较了三元和二元定标模型;结果表明,三元模型定标测量法使用条件宽泛,既扩大了仪器动态范围,又不受环境温度变化影响;更重要的是,不再需要现场定标,提高了测量精度和测试效率。     

短波红外吸收带林火与背景辐射亮度比较分析

对于短波红外吸收带图像高温目标特征的研究有利于提高红外目标的识别率。短波红外吸收通道可探测的地面高温目标辐射特征除了与目标温度有关,还受到大气参数状况、遥感器参数设置等影响。采用仿真分析方法,较为系统地获得了不同大气条件下林火目标与地面背景辐射数据,分析了二者的特征差异,并仿真分析了波段带宽设置对仪器接收到的辐射能量的影响。研究表明仪器带宽设置对高温目标的探测信噪比起决定作用,其次,大气模式设置不同,在短波红外水体吸收通道,林火与背景的辐射亮度特征差异显著不同。地面背景入瞳处总辐射在4.3 um附近吸收带主要受程辐射影响,在2.7 um附近吸收带主要受水汽含量影响。