空间噪声等效温差测试方法研究

噪声等效温差（NETD）是热像仪主要性能参数之一。对空间噪声等效温差（spatial-NETD）的测试方法进行研究,完善空间噪声等效温差测试技术,并对测试结果进行分析比较,指出空间噪声等效温差测试的重要性,为空间噪声等效温差在热像仪性能测试中的应用提供依据。     

噪声等效温差（NETD）测试方法分析

讨论了扫描热象仪及红外焦平面凝视热象仪ＮＥＴＤ的计算公式，其中最关键的是噪声等效带宽的计算，作者建议，除了要标定噪声等效温差，还应标定噪声等发射率差及噪声等效反射率差。     

红外成像系统噪声等效温差数字图像测试方法

噪声等效温差是评价红外成像系统性能的关键参数之一。数字图像在红外成像系统的显示与记录中得到越来越广泛的应用,但原有的噪声等效温差均是基于模拟图像进行测试。提出基于数字图像的红外成像系统噪声等效温差测试方法,用最小二乘法拟合信号传递函数,用三维噪声模型分析并计算系统噪声,给出了噪声等效温差的计算方法。搭建测试环境,分别对线列扫描红外成像系统和焦平面阵列红外成像系统进行测试,并对测试数据与标称值进行对比、分析。     

红外热像仪的噪声分析

为了深入理解红外热像仪的噪声特性并且应用到实际测量中,对红外热像仪的噪声进行了分类;分别对热像仪的各种噪声分量的产生和影响进行了深入分析;并重点分析了3维噪声模型、单一参数方法和4参数模型,给出了这几种模型的优缺点;最后指出在实际测量红外热像仪的噪声特性应该采用四参数模型,并给出了一个测量实例。     

红外热像仪时间噪声测量技术研究

在对红外热像仪的测量中,噪声是评价红外热像仪性能的主要参数。噪声参数包括时间域噪声和空间域噪声,时间域噪声可分为高频时间噪声和低频时间噪声(即1/f噪声);空间域噪声可分为高频空间噪声(即固定模式噪声FPN)和低频空间噪声(非均匀性噪声)。对高频时间噪声和低频时间噪声进行了严格的区分和定义;给出了在短时间内忽略低频时间噪声时高频噪声NETD的计算模型;在不忽略低频时间噪声时计算高频噪声等效温差的数学计算模型和测量方法;对高频时间域NETD测量结果进行了不确定度分析与评价。     

宽光谱光电系统多光轴平行性工程化测试方法研究

针对宽光谱光电系统多光轴平行性的工程化测试要求,设计一套光轴平行性测试的系统和方法。该系统采用离轴非球面折叠光路,设计出口径120 mm,焦距720 mm的平行光管,实现了轻量便携。采用模块化设计、多靶标集成技术,实现在同一光学系统里对红外、可见光、激光的光轴平行性测试。采用图像处理和自动控制技术实现多光轴平行性的定量检测,测量误差控制在0.1 mrad以内。经与CI测试系统对比测试,结果表明:光轴平行性测试一致性好,准确度高,具有工程化应用价值。     

红外成像系统中全视场的噪声等效温差

从应用的角度提出了全视场噪声等效温差的问题，对单元和多元成像系统全视场的噪声等效温差进行了论述，推导了多元成像系统全视场噪声等效温差的关系式，并对应用中的一些问题进行了讨论。     

红外热像仪的作用距离估算

热像仪的作用距离是评价热成像系统性能的一个重要参数。视距是热成像系统的主要战术指标,对系统的设计具有决定性作用。利用作用距离估算模型和插值法分别对某一型号热像仪的作用距离进行估算,结果表明利用插值法估算作用距离是可行的。     

高温背景下热像仪噪声等效温差测试与分析

阐述了噪声等效温差、传递函数等相关概念,提出了高温背景下红外热像仪的噪声等效温差具体测试方法和实施过程;采用黑体炉,在背景温度825℃下对MCS640型红外热像仪的时间和空间噪声等效温差进行了测试和分析;结果表明,空间NETD为该型热像仪的主要影响。     

论红外探测系统的噪声等效温差

介绍了基于噪声等效温差(Noise Equivalent Temperature Difference,NETD)定义的NETD公式推导过程,讨论了相关系统参数对NETD的影响。然后分析了环境温度变化对NETD的影响,并给出了相同辐射功率差所对应的等效温差的MATLAB计算方法。     

三角机加工大口径离轴抛物面技术

为了实现大口径非球面镜的加工,设计制作了三角机加工中心,该加工中心具有三工位设计。基于该加工中心提出了一套非球面镜加工模型,每个工位只需利用两个转动轴即可实现大口径非球面镜的遍历加工,同时加工工位与检测工位可以互换,节约成本的同时提升加工效率。为了验证加工模型的可行性,结合工程实例,利用该加工中心对一口径为1 450 mm的离轴抛物面SiC反射镜进行了加工,实验结果表明,经过一轮迭代加工后,反射镜面形结果由PV 4.653m、RMS0.4097m收敛到PV 3.585m、RMS 0.2581m,RMS收敛达37%。验证了模型的精度及可行性。     

非球面面形精细重构方法研究

针对非球面反射镜在抛光初期干涉仪不能全口径检测面形误差的问题,提出一种三坐标测量机(CMM)和数字干涉仪组合测量以实现全口径波前复原的方法.将CMM与干涉仪测量数据组合,即面形误差以干涉测量为主,干涉检测不能复原的局部波前采用CMM测量数据进行精细重构,从而获得可用于数字化加工的全口径面形误差,并最终达到非球面镜全口径干涉检测.采用该方法对Φ为540 mm的离轴非球面反射镜在精磨后期进行数据组合补偿,成功实现了反射镜从精磨阶段到抛光阶段的全口径波前检测,从而证明了该方法对实现非球面镜全口径检测有效可行.     

异形口径离轴非球面光学加工与测试技术

针对离轴非球面制造的难点,研究分析了碳化硅非球面尤其是异形离轴非球面加工和检测的各项关键技术。首先利用加工中心DMG 对离轴非球面进行了铣磨和表面成形,然后运用实验室自行研制的非球面加工中心FSGJ-2 对离轴非球面进行了研磨和抛光,最后利用离子束对其进行了精抛光,并分别利用三坐标测量仪和激光跟踪仪对非球面进行面形轮廓测定和光学参数及几何量的精确控制。结合工程实践对一口径为600 mm270 mm 的类八角形离轴碳化硅非球面反射镜进行了超精加工与检测,并专门设计研制了光学补偿检测装置,对其进行了零位补偿干涉测量,其最终面形PV值为0.219 ,RMS 值为0.018 。     

大口径离轴碳化硅非球面反射镜加工与检测技术研究

分析了碳化硅作为空间反射镜材料的各种优点,研究了加工和检测离轴碳化硅非球面反射镜的各项关键技术。利用自行开发的非球面加工中心FSGJ-2对离轴碳化硅非球面进行了研磨、抛光和轮廓测量,分析了计算全息补偿检测离轴非球面的基本原理,并专门设计研制了计算全息衍射检测装置,对大口径离轴非球面反射镜进行了零位补偿干涉测量。结合工程实例对一口径为468mm×296mm的离轴碳化硅非球面进行了超精加工与检测,最终面形误差峰谷(PV)值为0.148λ,均方根(RMS)值为0.017λ(λ=632.8nm),达到了良好的效果。     

数字化红外焦平面噪声分析研究

基于自行设计的TDI线列红外焦平面数字化读出电路,设计一款带有驱动IRFPA器件和数字化数据采集功能的红外焦平面测试系统,分别进行数字化线列读出电路电注入方式、中波红外焦平面和长波红外焦平面的噪声分析以及红外探测器比较关心的NETD的分析,并对积分时间、焦平面阵列注入区和偏置电压对红外探测性能的影响做了区分论证。     

子孔径拼接检测浅度非球面

子孔径拼接技术可实现无需辅助元件且低成本、高精度地对大口径光学镜面的测量。针对浅度非球面,在用子孔径拼接检测平面和高陡度非球面的基础上,提出了利用圆形子孔径检测浅度非球面的算法。对其数学模型、拼接算法以及检测过程进行了分析和探讨。利用37项Zernike多项式拟合浅度非球面,用圆形子孔径进行了划分。最后完成子孔径的拼接仿真,验证了数学模型及拼接算法的可行性,同时分析了子孔径的平移、倾斜和随机误差对拼接精度的影响。     

转台内部光路测试系统设计

介绍了转台的组成和功能.利用一束平行光通过离轴抛物镜时汇聚在焦点处的工作原理设计了一套测试系统,用来调整转台内部光路瞄准精度.使用测试设备观察指示光光斑位移量,调整几片反射镜位置使其达到瞄准精度要求.为了减小测试系统的测量误差,对离轴抛物镜焦面的离焦量做了严格的控制,并对测试系统中可能带来的误差进行了分析.     

大口径凸非球面反射镜子孔径拼接检测

为了获得大口径凸非球面反射镜全口径的面形,提出了利用子孔径拼接检测大口径凸非球面的新方法。利用干涉仪标准球面波前依次干涉测定大口径镜面上各个区域的相位分布,通过子孔径拼接算法即可求解得到镜面全口径面形信息。对该方法的基本原理和实现步骤进行了分析和研究,建立了大口径拼接检测算法的数学模型,设计并研制了大口径反射镜拼接检验装置。结合实例对一口径为260 mm 的碳化硅凸非球面反射镜进行了9 个子孔径的拼接干涉测量,并将拼接检测结果与全口径面形测量结果进行对比,两种方法测量面形PV 值和RMS 值的偏差分别为0.043和0.021（=632.8 nm）。     

热成像系统的噪声

要评估热成像系统的性能,噪声模型是很重要的.噪声的存在使得探测器的分辨能力下降,并限制了系统的动态性能.热成像系统通常通过限制背景噪声获得最佳灵敏度,此时主要的噪声源与光子到达的随意性有关.在没有其它噪声源的情况下,探测器输出振幅也有白噪声,可通过采样、过滤数字化等手段消除.阐述了几种噪声源以及这些噪声源与背景噪声的共同作用,同时分析了这些噪声对噪声等效温差(NETD)和最小可分辨温差(MRTD)的影响.