海水非温度分层条件下的舰船尾流红外探测可行性研究

在海面行驶时,舰船后面会形成一条清晰可辨且持续时间很长的尾流区, 其长度可达数千米。利用红外成像技术进行尾流探测已成为世界上各大军事 强国重点发展的一项军事侦察技术。首先,从空间分辨率和温度分辨率两方面考虑,推导出了舰 船尾流的红外探测条件。然后基于红外测温原理,推导出了海水非温度分层条件下舰船尾 流与周边海水之间的等效温差的表达式。最后,以阀值信噪比和目标等效条带数为基础,得出了 舰船尾流的红外探测概率。研究结果表明,在海水非温度分层条件下,只有当探测天顶角较大时, 才能以一定概率探测到尾流;而且随着天顶角的增大,探测概率逐渐提高。     

海雾中舰船目标的偏振探测能力研究

在对海面舰船进行红外探测时,海雾作为影响大气透过率的重要因素,会降低舰船目标与海面背景的对比度。随着海雾浓度的增大,目标对比度小于探测阈值,基于传统强度信息的红外探测方法无法探测到舰船。针对上述问题,分析了海雾场景的偏振特征,提出基于海面偏振特性的背景辐射抑制方法来增强目标对比度。首先,分析不同条件下海雾的大气透过率与红外热辐射之间的关系。然后,分析海面辐射的偏振特征,建立场景偏振对比度与强度对比度的数学模型。最后,通过仿真分析不同舰船-海面温差、不同探测角度和不同探测高度下阈值透过率(τ_(th))和偏振/强度对比度提升倍数(INC)的变化规律。仿真结果表明,随着舰船海面温差和探测角度的减小,INC逐渐增大,强度τ_(th)始终大于偏振τ_(th),且强度τ_(th)与偏振τ_(th)的差值逐渐升高。因此,该方法对低大气透过率海雾环境中的舰船探测提供了有益的参考。     

通过噪声等效温差来评价红外系统的性能

噪声等效温差对于红外系统的性能评价,对于检验红外系统性能来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。噪声等效温差是衡量红外探测器系统性能的重要指标之一。它与总体大气透过率、探测器性能参数等因素有关。本文推导了噪声等效温差的表达式,以特定的红外探测器为例,通过噪声等效温差表征了探测器的性能,并且通过编写程序检验了各个因素对探测器性能的影响。     

点源目标的红外搜索与跟踪系统的作用距离估算

红外目标的探测在告警、制导等领域具有重要意义.在中远距离探测中,红外搜索与跟踪系统的作用距离受到大气传输、红外探测器的性能以及目标的辐射功率等因素的影响.传统红外系统的作用距离方程具有一定的局限性.考虑到目标成像弥散斑和背景辐射的影响,对红外搜索与跟踪系统(IRST)的作用距离方程进行修正,得到IRST系统的作用距离与系统的噪声等效温差(NETD)之间的关系,推导出探测器噪声限下对点源目标的作用距离方程.为IRST系统的综合评估和设计提供了一个重要的依据.     

红外成像导引头发现与识别概率的计算

为解决对目标红外隐身效果以及红外成像导引头探测性能进行评估的问题．推导了计算目标空间频率的迭代方法，得到了红外成像导引头对扩展源目标的发现和识别概率。计算中考虑了目标的平均温差，最小修正可分辨温差，仪器调制传递函数以及大气透过率等因素对探测性能的影响，并对点源目标情况进行了简单的修正。给出了一种在实用条件下快速计算红外成像导引头对目标发现与识别概率的方法。     

基于偏置电压自适应调整的红外图像增强技术

根据国内常见的微测辐射热计器件结构原理及读出电路,研究了偏置电压与噪声等效温差的关系,推导了偏置电压与探测器输出电压的线性方程.提出了基于直方图统计的偏置电压调整模型,降低探测器的噪声等效温差,增强图像对比度,使此种类型的红外探测器能够用于各种目标场景的探测.实验证明,偏置电压自适应调整技术应用于红外图像实时处理系统中...     

空间目标天基成像探测信噪比分析

基于光散射理论和轨道动力学,引入区域分解、网格划分和矢量坐标变换的思想,利用双向反射分布函数建立了空间目标等效星等的数学模型。结合空间目标天基成像探测的噪声来源建立了空间目标探测信噪比的数学模型。以空间目标天基红外系统为例,根据目标的结构特性、材料特性、背景特性、轨道特性及探测器的轨道特性、性能参数等,计算了目标等效星等和目标探测信噪比随时间的变化关系。结果表明,目标等效星等在观测时间内存在约3个星等的差别,导致目标探测信噪比在观测过程中也随之变化。仿真结果验证了建模方法的正确性,实现了空间目标天基成像探测信噪比的动态分析。     

基于NETD的红外探测系统作用距离分析

由于红外焦平面阵列(Infrared Focal Plane Array, IRFPA)已成为红外探测器发展的主流,用IRFPA的参数来评价红外探测系统的综合性能变得至关重要。推导了以噪声等效温差(Noise Equivalent Temperature Difference, NETD)参数表示的红外探测系统的作用距离方程,考虑了背景辐射和目标成像弥散效应对探测的影响,计算了不同能见度条件下系统对点源目标的作用距离。结果表明,大气能见度越好,红外探测系统的作用距离就越远。分析了红外探测系统的探测能力随NETD值的变化。随着NETD值的增大,红外探测系统对目标的作用距离显著减小。研究结果能为红外探测系统的设计和性能指标评价提供参考。     

基于红外探测机理红外接收系统探测概率模型

随着科学技术迅猛发展,光电技术广泛运用于军事侦察、导航、搜索、跟踪、识别、火控瞄准和导弹,其中红外探测是一项比较成熟的光电技术.基于红外探测机理,从作用距离和目标探测概率两方面对红外接收系统进行分析.红外对抗是用来抑制、干扰、削弱、破坏红外系统的正常工作,干扰条件下红外接收设备探测概率将大大降低,文章建立了红外有源干扰和红外无源干扰条件下红外接收系统探测概率模型,对分析红外探测系统干扰情况下效能有一定的现实意思.     

采用低发射率红外材料对探测距离和概率的影响

为研究双机空战中目标机采用低发射率红外材料后对攻击机机载红外搜索跟踪系统探测距离和概率的影响,建立了飞机运动过程和机载红外搜索跟踪系统探测距离计算模型,得到了相向飞行、同向飞行和侧向飞行三种典型的双机空战过程中探测距离和概率随飞行时间、速度、轨迹的变化规律。计算中考虑了目标的光谱辐射特征、大气透过率和探测器性能等因素对探测距离和概率的影响。结果表明目标机采用低发射率红外材料抑制红外特征后,在相同探测概率的情况下,探测距离明显减小;在攻击机与目标机相同距离的情况下,探测概率明显下降。     

天基平台海云背景下飞机全链路成像特征建模及分析

空中目标具有高速机动、战略突防和远程精确打击等特点,针对这类目标构建广域、高效、精准探测、连续监视技术已成为空中目标探测体系面临的新挑战。基于空中目标的天基光学探测需求,建立了复杂环境要素综合作用飞机尾焰的光学辐射特征模型,形成飞机尾焰-海面/云层背景-环境大气-光学系统-成像探测器等要素耦合的全数字化链路光谱辐射成像特征精确预测模型。基于实测数据推演了飞机尾焰红外多光谱本征辐射。同时,利用FY-2G遥感数据,反演了中国南海某海域海面温度及云顶温度分布,建立了海云背景光谱辐射模型。在此基础上综合考虑了背景辐射、大气路径辐射和大气衰减对飞机尾焰光谱辐射的影响,建立了在光学系统入瞳前目标上行光谱辐射特性模型,结合光学成像系统的衍射效应,探讨了不同谱段、云类型下地球同步轨道红外成像系统对目标的可探测性。研究表明:大气屏蔽波段对目标的探测效能优于宽波段;针对不同的背景选择合理的探测波段有利于目标的高效探测。     

基于被动干涉微波亮温图像的海面目标探测算法研究

为利用被动干涉微波技术作为我国天基预警体系的重要补充以实现对海面目标的有效探测，该文提出一种基于被动干涉微波图像的海面目标探测算法。首先，建立了海面背景和海面目标的被动干涉微波图像数学模型；其次，详细地介绍了海面目标的探测算法，并仿真验证了算法的可行性；最后，开展了机载实验。理论分析和实验验证均表明:该探测算法是可行性的，能有效地探测到海面目标，且具有较好的探测性能；海面航行的金属目标在被动干涉微波图像中呈现“一高一低”的特征，可利用该特征提高海面目标探测概率。该探测算法可为天基被动干涉微波技术探测海面目标提供参考。     

红外成像跟踪系统作用距离等效测试方法与验证

考虑到大气环境条件、红外探测器的性能以及目标和背景热辐射特征等因素对红外成像跟踪系统作用距离的影响,针对红外成像跟踪系统作用距离的指标要求,在保证目标成像像素大小和目标与背景图像反差不变的情况下,提出了通过近距离小目标小温差等效替代的作用距离测试方法,并对等效测试的结果进行了远场动态试验验证,所得结果为红外成像跟踪系统的设计和作用距离评估提供了依据。     

红外点目标探测系统的作用距离理论模型分析

系统性地分析了红外点目标探测系统的作用距离理论模型。通过建立大气分层模型,结合MODTRAN模型计算了中波红外光和长波红外光在典型大气条件下的透过率。两者计算结果的对比数据可为红外探测系统设计中的波段选择提供参考依据。通过对目标红外辐射强度的理论模型进行分析,计算了几种典型目标在不同波段的红外辐射强度,为系统作用距离的指标论证提供了支撑。从红外图像噪声的概率密度分布函数出发,推导出了图像信噪比与系统检测概率及虚警概率的理论公式,为检测门限设置提供了参考依据。红外点目标探测系统的作用距离理论模型分析结果对于提升红外探测系统作用距离指标论证的可信度和系统参数设计的合理性具有非常重要的理论支撑作用。     

探测条件对红外热成像系统MRTD影响的研究

在考虑目标的尺寸、探测等级、探测概率及大气环境等因素情况下,研究了热成像系统的最小可分辨温差（MRTD）,建立了一个改进的MRTD模型。由于大气透过率与波长和距离相关,利用光谱等分法计算大气透过率,将探测波长范围等分为一个个窄波段,利用MODTRAN软件计算在一定大气条件和距离下每个窄波段的大气透过率。通过调用对应波长的透过率,计算了探测波长范围内热成像系统的MRTD,提高了MRTD的准确性和适用性。     

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。     

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。