光谱仪在发动机红外隐身测评中的应用研究

航空发动机红外辐射特征台架测试试验数据可用以评估发动机的红外辐射特性指标达标情况,进而优化改善隐身措施。光谱辐射计既可获取发动机的光谱分布,也可获取所需波段区间的积分辐射强度数据,本文研究了SR5000N光谱辐射计在发动机红外辐射特征台架测试试验中的应用,分析测试中的误差源产生机理,提出光谱测试误差控制措施;针对非充满视场条件下的发动红外辐射特征测试,提出黑体视场占比相当的光谱标定方法,标定结果同热图像测试结果一致,表明该方法的正确性,分析了不同标定条件下标定结果的差异性,得到了标定条件对标定结果影响较小的结论,减小了标定限制,拓宽了光谱测试的工程应用范围。     

红外光谱辐射计镜头视场角测量研究

红外光谱辐射计作为经典的航空发动机红外辐射强度测试仪器,具有光谱分辨率高、测量精度高、响应快、光谱范围广等优点。在使用过程中,红外光谱辐射计需要根据被测目标尺寸及测量距离选择合适的镜头,利用测量的光谱辐射亮度乘以镜头视场的面积,才能得到发动机红外辐射强度。由于加工及装配误差,红外光谱辐射计配套镜头的视场角会偏离其出厂默认值,导致测试偏差。设计了一种红外光谱辐射计镜头视场角测量方法,制作了测量装置,并测量了VSR-3型红外光谱辐射计的标准镜头的视场角。测量结果表明：镜头有效视场角与出厂默认角度存在4%的偏差。通过修正该偏差,能够提高航空发动机红外辐射强度测量精度。     

航空发动机红外辐射特性测试评估技术

航空发动机红外辐射特性测试研究对飞机、发动机红外隐身设计与改进具有非常重要的意义。针对发动机红外辐射特性的测试需求,从试验平台、测试系统、测试方法、误差控制四个方面提出了以发动机试车台为试验平台的红外辐射特性测试方案,开展了某型发动机红外辐射特性测试,获取了有效数据。通过数据处理与评估,结果表明:发动机红外辐射特性具有明显的方向性。     

航空发动机台架红外辐射特性测试技术研究

航空发动机作为航天航空飞行器的高温核心部件,贡献了整个飞行器的红外辐射强度,其中3～5μm的中波段、以及8～14μm的长波段是主要辐射波段,基于其红外辐射强度测定分析的重要意义,同时基于GJB 241中关于红外辐射特性测试鉴定需求,考虑到环境、气象、测试设备等因素的影响,建立了一套能应用于航空发动机台架整机红外辐射特性测试试验方法,并应用于某发动机测试试验,试验结果表明,提出的测试试验方法能够满足该发动机红外辐射测试需求,获取了该发动机不同波段下典型的红外光谱曲线,获取了相关测试经验,为后续研究积累了一定基础。     

MEMS红外光源光谱特性及温度特性测试研究

MEMS红外光源是基于微机电系统(MEMS)制造工艺的红外光源器件,为明确MEMS红外光源的辐射光谱分布特性和温度特性,采用SR5000光谱辐射计对MEMS红外光源进行辐射光谱分布特性测试,所得数据表明所选光源的红外光谱分布主要在3~5μm之间,中心波长位于3.6μm,该波段红外光具有接近90%的大气透过率;采用红外测温仪和热敏电阻对光源辐射体温度进行测试,结果显示所选MEMS红外光源温度特性优良,适用范围广泛。     

非全视场条件下目标红外发射率的测试和计算

非全视场条件下测试物体辐射特性时,背景干扰是影响其准确性的最关键因素。根据普朗克辐射定律,通过方法研究和公式推导消除背景干扰,建立了非全视场条件下目标辐射特性的测试和计算方法。在此基础上,采用SR-5000N 光谱辐射计,在全视场和非全视场两种模式下开展铝板和碳纳米管(MWCNTs)复合涂层的红外光谱发射率测试实验,进一步验证该测试计算方法的有效性。结果表明,在非全视场条件下,尤其在测定高发射率目标时,该方法得到的样品红外发射率与全视场条件下的测试结果数据较为一致,可基本反映样品的真实光谱特性,有效解决了视场大小对目标辐射特性测试的局限,拓展其应用领域。     

红外干扰弹静态辐射测试方法

红外干扰弹静态辐射测试方法陆有刚（电子工业部第五十三所锦州１２１０００）本文简述了红外干扰弹静态辐射特性的测试原理、标定方法和以碲镉汞探测器为光电转换元件的辐射计及其测试系统的构成。详细论述了红外干扰弹高温辐射在大气传输中的衰减及其测试数据的修正以及...     

用于电光定标的高性能光谱辐射计

美国圣巴巴拉红外公司已研制出一种可对电光测试站、光源及光学表面进行高精确度辐射定标的双波段红外光谱辐射计．这台型号为RAD-9000的红外光谱辐射计覆盖3μm-5μm和8μm-12μm两个谱段,其热灵敏度好于40mK,支持278至373K的目标温度,光谱分辨率(D1／1)优于2％．该红外光谱辐射计由计算机进行控制．除了能提供高性能的相对辐射测量以外,     

无人侦察机红外辐射特性测试与视距估算

采用长波测温热像仪及光谱辐射计,测试研究了某型短程固定翼无人侦察机的红外辐射特性,给出了其静、动态光谱辐射特性及热场分布特征结果。根据约翰逊准则的判据,并采用坐标变换方法,将目标/背景温差曲线与MRTD曲线在同一坐标系中进行变换与数据拟合,求得某一典型气象条件下无人侦察机的被探测/识别距离。简要介绍了无人侦察机红外隐身的可能途径。试验数据为其隐身性能的改进设计提供了重要依据。     

喷气发动机红外辐射成像测试、处理与评估

航空喷气发动机的红外辐射特性是对发动机进行隐身设计与反隐身探测的重要依据。首先,针对发动机高温部件及燃气温度范围宽、梯度大而超出红外热像仪响应范围的问题,提出了多积分时间组合测试方法,实现了不失真测试;其次,通过多帧时间平均方法分析了各积分时间对应的测温范围,并采用逐像素辐亮度值替代方法,获得了代表发动机全部辐射信息的合成图像;最后,根据合成图像计算了发动机红外辐射强度,并与相同测点的红外光谱辐射仪测试结果进行对比,最大误差不超过10%。结果表明:基于红外热像仪的多积分时间组合测试方法及其数据处理方法是合理有效的。     

地面目标红外建模缺失参数反演与模型验证方法

地面目标红外辐射特性建模需要比较完备的参数,针对非合作方目标,许多相关参数较难或者无法通过测试的方法直接获取,参数的缺失给目标红外辐射特性预测带来了很大困难。目标的红外测试数据可以认为是包含所有参数及所处环境在内的信息综合作用的结果,因此可以利用目标的测试数据反演某些重要的缺失参数。针对冷静态目标,首先分析地面目标建模可能的缺失参数,通过调研及专家知识等预估缺失参数取值区间,基于灵敏度理论和正交试验法研究缺失参数对目标特性的影响程度,确定主要缺失参数,包括材料厚度、材料表面太阳吸收率和发射率。然后基于地面目标仿真数据或实测数据,结合共轭梯度法提出地面目标红外建模缺失参数反演与模型验证方法,最后通过两个实例对该方法进行了验证。结果表明:利用该方法反演缺失参数后的典型测点计算温度与实际温度变化特性高度一致,不同时刻的温度数值误差最高不超过2 K。研究表明:该方法具有较好的准确性,未来可推广应用到非合作目标红外建模缺失参数反演与红外辐射特性预测研究中。     

基于红外多光谱图像相关性的自动目标识别算法

提出了一种基于红外多光谱图像相关性的自动目标识别新算法．根据目标、背景和干扰物的红外多光谱特征信息(辐射强度、光谱分布)构造出目标场景的红外多光谱特征矩阵；采用最大距离法分割图像，融合空间和光谱信息重构出研判目标的红外多光谱特征矩阵；根据研判目标的光谱辐射差异特性建立了红外多光谱图像相关识别准则．实验表明，该识别算法正确可行．     

一种红外目标模拟器的大气传输校准方法研究

红外辐射在大气中传输会在大气分子、气溶胶粒子的吸收和散射以及大气自身辐射的影响下发生变化,导致红外辐射测量精度的降低。为消除大气在红外目标模拟器校准中的影响,在基于恒定标准源的宽动态红外辐射测量方法的基础上,提出了一种红外目标模拟器的大气传输校准方法。在水平均匀大气近距离的红外目标模拟器校准中,利用卷积神经网络的数据分析能力建立了不同波段、不同温度、不同距离下的大气透过率和大气程辐射的动态模型,将探测器输出电压作为基于编码器-解码器结构的卷积神经网络的输入,按照训练流程对网络进行训练,在实验环境下预测了大气传输对红外辐射的影响。所建模型能够反映大气透过率和大气程辐射的动态变化规律,并通过红外辐射反演对提出的方法进行了验证。实验结果表明：基于编码器-解码器结构的卷积神经网络算法能够较好地预测大气透过率和大气程辐射,在三个波段下的平均误差为3.078 3%、3.818 6%、5.345 2%,低于传统方法,降低了大气透过率和大气程辐射的影响,从而减小了红外辐射的测量误差,提高了校准精度。     

大气层外弹道目标红外辐射特性研究

针对来袭弹道导弹大气层外飞行过程中的目标识别问题,提出了对弹道目标的红外辐射探测仿真方法。红外辐射特性是大气层外弹道式目标的基本特性之一,也是开展目标识别的重要依据。对于弹道式目标的红外辐射特性识别的需求,本文开展了天基红外传感器对大气层外弹道式目标探测红外辐射特性的建模与仿真研究工作。首先建立了天基红外传感器对大气层外弹道式目标探测的红外辐射计算模型,接着基于STK/EOIR开展了典型目标的红外辐射特性仿真,最后分析了弹头目标和诱饵的红外辐射特性。     

基于PSO-AMLS的数据拟合方法在红外辐射计校准中的应用

针对红外辐射计标定中的数据拟合问题,提出了一种基于PSO-AMLS算法的数据拟合方法。该方法结合了粒子群算法(PSO)和自适应移动最小二乘法(AMLS)。采用的PSO算法可以实现自适应移动最小二乘法中参数的最优化,提高了红外辐射计的校准精度。区别于传统的应用于红外辐射计校准中的数据拟合方法,文中提出的基于局部近似的PSO-AMLS数据拟合方法,不仅可以得到红外辐射计输出电压与准直辐射源辐射之间的对应关系,而且在数据处理中通过灵活的数据处理机制,可以降低因拟合数据不均匀分布对拟合结果产生的不利影响。实验结果表明,文中提出的PSO-AMLS数据拟合方法,优于红外辐射计校准中所用的传统数据拟合方法,可以提高数据拟合精度。     

双向反射分布函数结合Bi-LSTM网络求解壁面发射率

壁面光谱发射率求解是飞行器红外隐身的关键技术之一。首先设计了壁面反射光路和光源,通过光谱辐射计获取壁面反射的辐射亮度序列,为尽可能地消除外界干扰对于光谱发射率求解精度的影响,基于双向长短期记忆网络,设计了Bi-LSTM亮度回归网络模型,并对测试样本进行训练学习。基于BRDF的壁面发射率求解模型及基于Bi-LSTM网络的亮度回归模型求解壁面的发射率。计算结果显示,提出的基于双向反射分布函数的壁面发射率求解方法的相对误差为12.21%,满足工程测试需求。     

复杂环境背景下典型飞行器表面红外反射特性研究

飞机蒙皮对于背景辐射的反射可以作为红外目标识别的辐射源,但背景辐射通常来源于太阳辐射和地面背景辐射等辐射的综合作用,其复杂性和多变性也可能使飞机的红外反射辐射严重干扰红外制导的准确性,因此,研究复杂环境背景下的飞机蒙皮红外反射特性对于红外目标识别和红外导弹制导等应用具有重要意义。本文基于Schlick双向反射分布函数(BRDF)模型,结合有限元方法,利用反向蒙特卡洛法计算辐射遮挡因子,在MODTRAN软件环境下计算大气光谱透过率,针对不同条件下的飞机红外反射辐射特性进行研究。结果表明,不同探测角度和探测波段对飞机红外反射特性具有很大影响,且飞机蒙皮的反射辐射具有分布非均一性特点。     

基于红外光谱偏振度对比度的涂层材质识别研究

为了降低材质红外识别的正确率,较常用的方法是通过在材质表面涂覆涂层,以改变材质的表面发射率。首先通过基于微面元理论的目标材质表面红外辐射偏振传输模型的Stokes表达式,推导分析了目标材质表面发射率对目标材质表面红外偏振特性的影响,结果表明:目标材质表面发射率的改变不影响其表面的红外线偏振度特征;其次,针对材质表面发射率与红外偏振特性的不相关性,文章提出基于光谱偏振度对比度检测涂层材质的方法,并通过相同基底不同表面发射率的涂层材质、不同基底相同发射率的涂层材质的红外高光谱偏振成像特性进行了验证分析,结果表明:改变涂覆材料表面发射率并不影响材质表面的红外光谱偏振度特征;基底材料不同,即使目标材质表面涂覆相同发射率涂层,其表面的光谱偏振度特性将比光谱辐射亮度具有更明显的差异性,研究成果可为红外伪装材质检测识别提供新的途径和方法。     

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。     

基于辐亮度匹配的无人机载成像光谱仪外场光谱定标研究

针对可见光与近红外波段无人机载成像光谱仪,在保证精度的前提下,提出了一种快速优化二维反演算法,利用大气吸收特征作为参照,采用辐亮度匹配的方法,在不需要测量地面反射率数据的情况下,反演了成像光谱仪的重要光谱参数中心波长的偏移量和带宽变化量。利用2010年11月14日于内蒙古乌拉特前旗开展的无人机遥感载荷综合验证场科学实验数据,在实验室光谱定标基础上进行了外场光谱定标。算法时间、成本大大减少,反演效率比常规二维反演算法提高了近100倍。通过地面光谱靶标对定标结果进行验证,对带宽为7 nm左右的成像光谱仪外场定标精度可达到0.1nm,一般优于0.5 nm。