基于光线追迹的红外探测光学系统杂散辐射研究

杂散辐射分析与抑制是红外探测光学系统设计的重要环节,杂散辐射增加了系统的噪声,降低了红外探测系统对目标的探测能力。首先对红外探测系统杂散辐射源进行了分析,对基于光线追迹的杂散辐射分析理论进行了介绍,并结合具体的红外探测光学系统实例,提出了反向光线追迹的思路,分析系统关键表面的特性,提出了给机械表面涂覆吸收膜的方法来抑制系统的杂散辐射,分析结果满足杂散辐射抑制的要求。     

风云二号辐射计的红外杂散光抑制研究

风云二号卫星云图显示扫描辐射计存在红外杂散辐射,因此需要对光学系统作进一步改进以减少杂散辐射。利用TracePro软件对该系统的红外杂散辐射的形成机理和入侵途径进行了仿真和分析。基于分析结果对该光学系统的红外杂散辐射提出了几项有效抑制措施,并通过计算系统的点源透过率(Point Source Transmittance,PST)函数对这些改进措施进行了评价。     

辐射测温仪中杂散辐射的消除

本文介绍红外辐射测温仪中抑制杂散辐射的方法,给出了消杂散辐射光阑的计算公式,指出了光学系统孔径光阑对抑制杂散辐射的作用。     

透射式红外光学系统的太阳杂散辐射分析

杂散辐射可以定义为经过非正常成像光路进入到接收器中的能量。杂散辐射会降低光学系统的图像对比度和信噪比,严重时杂散辐射的能量会直接将目标能量湮没,严重影响红外光学系统正常工作。本文分析了透射式红外光学系统的杂散辐射特性,设计了物镜筒的消光螺纹和表面处理方式等抑制措施。通过点源透过率曲线分析了抑制措施的作用,并分析了消光螺纹自身辐射对光学系统的影响。最终通过对比成像实验验证,结果表明,消光螺纹对轴外的杂散辐射有明显的抑制作用;同时消光螺纹的自身辐射能量不会引入新的干扰源。     

多谱段相机红外光学系统杂散辐射分析

杂散辐射是影响多谱段红外相机成像性能的主要因素。为了确保系统在各种工作状况下正常运行,需要分析并抑制相机光学系统中的杂散辐射。在详细分析了其红外光学系统中杂散辐射主要来源的基础上,针对系统特殊的光机结构,在杂光分析软件中建立光机系统模型;围绕遮光罩选取了8个太阳方位、16个离轴角进行光线追迹,得到太阳杂光在像面上产生的辐照度,据此来评价系统杂散辐射水平;同时分析了指向镜滚动轴和俯仰轴在两个方位内的转动以及地球大气杂散辐射对像面辐照度的影响。最后,对于影响严重的杂散辐射,进行了有效的抑制措施。结果表明,可以忽略地球大气的杂散辐射,当太阳杂光入射角大于58时,系统能满足对像面辐照度的技术要求,多谱段相机红外光学系统可在此范围内正常工作。     

空间光学系统的红外杂散辐射抑制特性

空间光学系统自身的红外波段杂散辐射,是影响探测元面成像质量的一个重要因素.文章分析了导致探测元面上红外辐射能变化的相关因素.以柱状遮光筒为计算模型,引入了红外杂散辐射传递函数IRTF这一无量纲参数来表征、分析柱状遮光筒的红外杂散辐射抑制特性.采用蒙特卡罗法模拟遮光筒中红外波段杂散辐射传递过程,分析了长径比χ、壁面红外发射率εw、壁面相对黑体辐射参数γw对遮光筒IRTF的影响;讨论了遮光筒抑制能力对入射杂散辐射方向的选择性.     

多光谱制冷型红外系统杂散辐射抑制技术研究

对采用制冷型中波红外探测器的光学系统,设计了一个多光谱中波红外汇聚系统,针对分色滤光片引入外界杂散辐射的问题,设计了一个热辐射抑制光阑,对其形状及位置不断地迭代优化,达到抑制系统外界杂散辐射的目的.经TracePro仿真验证表明,运用此热辐射抑制光阑后,总的杂散辐射降为之前总杂散辐射的8.8％,对改善成像质量有明显的效...     

低噪声折射式红外光学系统设计

对采用制冷型长波红外探测器的光学系统,设计了一个二次成像三片锗透镜的会聚系统。提出了一种低噪声折射式红外光学系统的优化设计方法,并对比传统杂散辐射抑制优化设计方法,利用Tracepro进行仿真分析,抑制结果表明,新的低噪声优化设计方法对杂散辐射抑制较传统方法提升23.87%,提升效果明显。     

平行光管杂散辐射对红外辐射定标影响的分析

利用黑体与平行光管组合是红外辐射定标的重要手段之一。然而,由于平行光管自身存在热辐射,会在系统探测器上形成杂散辐射噪声,如果不进行处理,将产生定标误差,影响定标精度。建立了平行光管杂散辐射理论模型,定量分析不同工作温度、不同表面发射率下镜面的杂散辐射,确定杂散辐射对红外辐射定标的影响。同时提出杂散辐射修正措施,消除平行光管杂散辐射对红外辐射定标的影响,提高红外辐射定标的精度。     

大视场红外折反光学系统杂散光分析

杂散光分析是保证光学系统成像质量的关键技术之一,根据红外光学系统杂散光的定义,指出大视场红外光学系统的杂光来源,以及杂光对系统的影响,并且建立了消杂光结构。在消杂结构中,为了减少内部辐射,遮光罩内部使用反射式挡光环。采用TracePro软件对系统进行建模、仿真分析,结果表明此红外光学系统的杂散光得到很好的抑制:太阳杂光抑制水平PST可以达到10-5～10-8,内部辐射到达像面杂散光能量量级为10-10 Ｗ,系统可以实现清晰成像。     

空间光学系统中红外杂散辐射的抑制方法

根据红外系统中的不同杂散辐射源,分析了杂散辐射的内因和外因.列举了从机械面和光学面上抑制红外杂散辐射的具体措施,提出了选择红外涂层的方法.对一台空间红外仪器设置了里奥光阑,并通过地面试验和在轨测试评价了其抑制红外杂散辐射的有效性.     

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。     

镜面污染对红外光学系统杂散辐射性能的影响

高灵敏度的红外光学系统中,系统自身热辐射成为影响系统探测性能的重要因素之一,而在一些应用低散射光学元件的散射敏感红外光学系统中,污染微粒经常是杂散辐射的主要来源.以卡塞格伦结构为例,利用ASAP光学分析软件,建立了红外望远镜系统的三维仿真模型.在此基础上,对反射镜干净、基本洁净(洁净度250)、轻度污染(洁净度500)...     

红外成像传感器系统非均匀性成因研究

从探测器的响应特性、光学系统的相对辐射和外壳的杂散光三个方面对红外成像传感器系统非均匀性的产生原因进行了理论研究。红外焦平面阵列中,探测元与探测元间的结构及材料差异会影响量子效率及暗电流,从而影响探测元的响应特性。光学系统主要通过光瞳畸变矩阵影响场景辐射通量的分布,光学系统本身的辐射对非均匀性的贡献可以忽略。外壳的杂散光可分为高温部分和低温部分,忽略低温部分,引入系统冷屏效率的概念,建立了高温组件的辐射模型。该理论研究对光学系统的设计及非均匀性校正具有一定的参考意义。     

红外焦平面杜瓦冷屏挡光环杂散辐射的抑制

从光学设计的角度出发,介绍了冷屏杂散辐射抑制的基本原理。基于几何光学的基本原理,应用ASAP软件的计算机仿真模拟手段进行实际的光学系统建模,在现有冷屏设计的基础上,仿真具有不同挡光环个数和不同开孔形状的挡光环的冷屏,分析筛选杂散辐射抑制效果最好的冷屏,在尽量减轻重量、减小体积的前提下,获得尽可能好的消杂散辐射效果。     

冷屏结构与冷屏效率

红外探测器中,冷屏结构设计直接影响其杂散辐射抑制能力。为进一步提高冷屏效率,针对冷屏高度、外壳结构对冷屏杂散辐射抑制的影响进行分析。分析采用数学建模的方式,对计算结果与探测器组件测试结果进行比较,总结规律。当冷屏高度为25 mm,探测器组件测试结果为5.46%,当冷屏高度增高到29 mm,冷屏的非有效抑制杂散辐射结构和有效抑制杂散辐射结构组件测试结果分别为6.11%和4.87%。提出了一种冷屏结构设计的新思路,仅增加冷屏高度,不一定可以提高冷屏效率;挡光环有效抑制杂散辐射时,随着冷屏高度增高,杂散辐射抑制能力变强,冷屏效率随之增高,红外探测器性能有所改善,此时调整冷屏外壳结构不会影响冷屏效率。     

中波红外鱼眼镜头杂散辐射仿真分析

分析了中波红外镜头点源透过率与视场角之间的变化规律。在相同光学结构下,以相同的通光口径、焦距和光机结构,建立视场角20°、40°、60°、80°和110°的中波红外镜头杂散辐射模型,分析了模型的点源透过率曲线。随着视场角增大,红外镜头的点源透过率曲线趋于平缓,对视场外杂散辐射的抑制能力下降。降温能减少镜头自身的杂散辐射,在小视场角情况下可以改变点源透过率曲线的形状,但随着视场角增加,降温对点源透过率曲线的影响逐渐减小。视场角增大是影响红外镜头杂散辐射强度和分布的显著因素,降温对红外鱼眼镜头点源透过率曲线的影响不明显。     

海上目标红外辐射特性测量数据处理系统设计

针对海上动态目标红外辐射测量精度评估问题,分析了影响红外辐射测量误差的主要因素,重点研究了针对试验海域系统外场定标方法、大气辐射传输修正方法、背景杂散辐射模型,提出了海上动态目标红外辐射测量数据分析处理系统的设计方法,为海上飞行目标红外辐射特性测量系统建设有一定的指导意义。     

基于热光阑的大F数制冷型红外光学系统

研制了一套基于热光阑的大F数制冷型红外光学系统,通过优化热光阑的设计参数,消除了热光阑自身辐射、外界环境杂散辐射及冷反射对系统性能的影响,很好地满足了热成像性能高、长焦距、体积紧凑等设计需求。性能测试及成像效果表明,通过合理的优化设计,反射热光阑不会给系统的性能带来明显的变化,验证了热光阑设计方法的正确性与可行性。     

中红外平面光栅光谱仪系统杂散光分析

为了抑制杂散光对中红外平面光栅光谱仪系统成像质量的影响,首先探讨了系统杂散光的来源,设计了遮光罩、挡光环和里奥光阑;然后针对用挡光板消除光栅衍射杂散光能力有限的问题,提出利用百叶挡光板和杂散光收集器组合来抑制杂散光的影响,并结合三维建模软件Solidworks和杂散光分析软件Tracrpro对系统进行了建模、分析和对比;最后针对某一型号红外热电堆阵列探测器并运用黑体辐射理论对其进行计算和分析,最终结果表明:光谱仪系统地气杂光抑制水平PST可以达到10-11,内部杂散辐射抑制能力有效发射率为1.3%,满足中红外平面光栅光谱仪系统杂散辐射的抑制要求.