星载红外探测器对高超声速飞行器探测距离的计算

为了有效地对临近空间高超声速飞行器进行探测预警,计算了星载空间红外探测器的作用距离。全面考虑到目标、背景到探测器之间的大气透过率差异、路径辐射以及点目标成像的弥散效应的影响,推导出新的作用距离模型,同时指出模型中的参数仅是波长的函数,与探测距离无关。基于空气动力学、发动机加力燃烧原理、羽焰温度流场简化模型,计算X-51A蒙皮、喷管及尾焰的红外辐射强度;综合自然环境的影响,建立海面背景的红外辐射模型。仿真指出,在动力段,X-51A的中波红外辐射强度和作用距离均高于长波波段,并且随着飞行速度的增加,中波和长波的辐射强度与作用距离都增大,考虑了成像弥散效应的作用距离明显小于无弥散效应的作用距离。表明使用中波对X-51A的探测能力优于长波,实际探测时弥散效应必须考虑。     

中段目标平动及微动的红外辐射特性分析北大核心CSCD

红外辐射特性是对弹道目标进行探测和识别的主要依据之一,而目标结构、材料、空间位置、运动形式都会对其辐射特性造成影响。论文针对天基红外探测场景下中段目标平动及微动的辐射特性分析开展研究。首先构建天基红外探测场景模型,通过轨道仿真计算不同时刻中段目标的空间位置、相对探测器的空间姿态等参数;其次基于中段目标红外辐射模型,综合考虑不同位置及姿态参数下太阳辐射、地球背景辐射等参数,计算相应的目标温度与辐亮度等;最后综合考虑目标相对探测器的空间距离及姿态,仿真不同波段下红外探测器获得的中段目标辐照度,以及不同运动形式对辐照度的影响。仿真结果表明,目标微动对辐射特性的影响不可忽视,可作为目标识别的一个特征,为后续目标探测与识别提供数据支撑与指导。     

基于机载IRST系统的高超音速飞行器红外探测研究

针对高超音速飞行器不同于低速飞行器的红外辐射特性,提出了机载IRST系统红外探测高超音速飞行器的建模方法。重点利用高温边界层传热理论建立了高超音速飞行器蒙皮辐射特性模型,分析了排气系统和环境背景辐射特性,根据不同高度下大气层结构分布对红外辐射传输的影响,建立了大气斜程透过率模型,提高了透过率计算的准确性;考虑环境背景辐射的影响,给出了IRST系统对高超音速飞行器的作用距离模型。最后通过仿真实验分析了不同季节、高度和目标仰角下大气透过率特点,分析了不同仰角、速度和波段等因素下探测器对高超音速目标红外作用距离的影响,结论论证了所建模型的实效性。     

临近空间飞行器红外探测距离估算

传统的红外探测距离模型主要用于地面目标的检测, 载机飞行高度也比较低。在凝视型红外热探测器的基础上, 对临近空间的大气环境进行了详细分析, 建立了背景辐射模型。在此基础上提出了临近空间飞行器的红外探测距离模型, 对红外波段适用范围进行了讨论。计算结果表明, 在临近空间环境下, 红外波段都有较好的探测结果, 在短波下探测时, 背景辐射对其探测结果影响很大。     

海洋环境下低特征水面飞行器中长波探测研究EI北大核心CSCD

为了能有效评估中长波复合探测识别低特征水面飞行器目标的优势,通过建立某飞行器不同探测角度红外辐射模型,采用光线追迹结合反向蒙特卡洛法计算获得了其不同探测角度下中长波红外的辐射强度。同时基于侧迎头辐射强度计算结果,对海洋环境降雨、海雾等特殊条件下中长波探测差异进行了对比分析,并且通过实际外场复杂海背景下弱小目标探测试验等手段,获取了不同距离下中长波探测数据,统计分析了目标与海背景的等效温差变化。通过上述工作统计分析了中波和长波波段在不同气候海背景条件下的优势和劣势,充分验证了中长波复合探测技术的优势。     

中波红外和长波红外探测系统性能的比较与选择

针对常用的各种中波和长波红外探测系统,从探测器特性、目标辐射特性、背景辐射特性、大气传输特性和红外系统设计等方面,分析、计算和比较了中波红外和长波红外探测系统的有关性能,提供了有实用价值的数据。根据不同的探测目标和使用环境,为红外探测系统的设计提出了波段选择的建议。     

星载红外探测对比度的计算与分析

推导了星载红外探测在地面、大气双背景下探测器处的辐射照度对比度计算公式,计算了目标在不同温度、不同高度的目标与背景的绝对对比度和相对对比度。分析指出:随着目标温度、高度增加,在波长大于2.5 m 区域绝对对比度与相对对比度相应增大,目标高度越高,同等距离下对比度随目标高度的变化越小;波长小于2.5 m 需考虑太阳的影响;当目标在0 km 高度时,2.9~4.1 m 波段为最佳探测波段,随着目标高度的增加,可用探测波段范围增大,峰值波长向短波方向微移,当目标高度大于10 km 时,相对对比度峰值在2.6~2.8 m 之间;距离地面越近,大气对红外辐射的衰减越大。     

地基红外系统探测空间目标红外星等的分析

地基红外系统探测空间目标的能力与目标辐射特性、背景辐射特性、大气条件、红外光学系统性能、探测器特性等因素密切相关。分析了空间目标在外太空背景下的红外辐射特性,基于满足红外焦平面探测器的最低可探测信噪比,综合考虑空间点目标成像的弥散斑、背景辐射和大气衰减的影响,推导了地基红外探测系统对空间点目标的作用距离估算方程。红外星等用来计算星体在红外波段的亮度,讨论了用红外星等划分空间目标的方法和原理。根据中波和长波计算红外星等的公式,给出了不同温度的空间目标与对应的红外星等的关系。为地基红外探测系统的设计和应用以及探测不同红外星等空间目标的综合性能评价提供了理论依据。     

基于水面特征波纹的潜艇多波段光电偏振成像探测性仿真研究

潜艇探测技术是海疆国防急需的关键技术,潜艇的“直接”和“间接”成像探测往往都涉及到水面波纹的检测问题。基于偏振成像的探测方法能有效地探测水面的三维波纹面形,其中对水面偏振特性的检测与计算是面形重建的重要一环。建立了水面光电偏振模型,对不同气象条件、水温下昼夜可见光与红外波段水面偏振特性进行了仿真分析,结果显示水面可见光和短波红外波段偏振主要是s偏振,中波/长波红外波段偏振是p偏振;随着入射角的增大,偏振度先增大后减小,且水面红外偏振度随着温度的升高而增大。搭建了基于Stokes矢量的偏振成像检测系统,对可见光波段、中波红外和长波红外波段的水面偏振度进行了实验测量,仿真结果与测量结果基本一致,证明了光电偏振探测模型的有效性。分析了常见波段偏振成像探测的特点,可为水面偏振特性的分析及计算提供理论仿真和实验方法。     

基于STK/EOIR的弹道中段目标红外辐射特性研究

提出了一种天基预警系统对弹道中段目标红外探测的仿真方法。利用卫星工具箱的红外模块(Satellite Tool Kit/Electro-Optical Infrared Sensor, STK/EOIR)对中段目标红外辐射的特性进行了研究。首先,提出了基于STK/EOIR的弹道中段目标动态红外辐射特性仿真方法,分析了EOIR目标红外辐射的计算模型和传感器接收模型。然后,给出了典型目标在中波、中长波以及长波红外波段的红外辐照度的仿真结果。最后,对比分析了观测角、观测距离对天基凝视传感器接收目标红外辐照度的影响。仿真结果表明,中段目标红外辐射的强度能满足天基凝视传感器的探测灵敏度要求。     

反激光探测红外双波段光学系统设计

针对激光主动探测技术对光电设备的威胁,提出了通过光敏面倾斜设计来改变激光回波偏转角,从而提升系统反激光主动探测性能的方法。设计了一款光敏面倾斜为5的中/长波双波段反激光探测光学系统,利用自由曲面校正了光敏面倾斜引入的像差。所设计的系统工作波段为3~5 m,8~12 m。视场角为2.4,F数为2。设计结果表明,在奈奎斯特频率17 lp/mm处,两个波段传递函数均高于0.38,满足红外系统对成像质量的要求。通过反追光迹分析得出系统的被探测距离得到有效降低。     

中长波双色碲镉汞红外探测器器件模拟与分析

利用Crosslight公司的APSYS软件模拟准平面结构中长波双色碲镉汞红外探测器的不同结构的光谱串音。研究表明中波层厚度增加将抑制中波对长波的光谱串音,同时将小幅增大长波对中波的光谱串音;阻挡层组分越大,阻挡层与中波层的导带带阶越大,光生载流子跃迁过带阶势垒的几率减少,使得光谱串音减小;阻挡层厚度越大量子隧穿效应减弱,导致光谱串音减小。通过优化器件结构可使中波对长波的光谱串音以及长波对中波的光谱串音都控制在2.5 %以下。     

深空双波段红外动态场景仿真与目标分析

为了提高深空中红外探测器探测波段选择的效率以及反映目标真实的在轨状态,文中研究了空间目标动态红外图像的生成技术以及双波段红外图像的仿真。结合从STK获得的空间目标的运行轨迹和姿态数据以及从3DS MAX获得的目标模型数据提出了一种进行空间目标红外成像仿真的方法。首先分析了深空背景中目标的红外辐射特性以及目标在中波和长波两个波段中的辐射特性,为探测器波段参数的选择提供了依据;然后介绍了用节点网络法求解热平衡方程的方法并且简化了求解过程,提高了效率;最后阐述了空间目标红外成像系统的理论模型,实现了空间目标的红外可视化建模与仿真。仿真图像对新型系统的研制和红外图像处理算法的研究有重要的意义。     

红外探测II类超晶格技术概述(一)

本文简单归纳总结了红外探测II类超晶格材料的发展历史、基本理论、相比MCT材料的优势和材料的基本结构。通过设计6.1系超晶格材料适当的层厚和不同层间应力匹配的界面可以构筑灵活合理的能带结构,打开设计各种符合器件性能要求的新材料结构的可能性(如各种同质结p-i-n结构,双异质结DH、异质结W、M、N、BIRD、CBIRD、p-π-M-N、pBiBn、nBn、XBp、pMp等结构),还可以在一个焦平面阵列(FPA)像元上集成吸收层堆栈实现集成多色/多带探测。T2SL探测器可以满足实现大面阵、高温工作、高性能、多带/多色探测的第三代红外探测器需求,尤其在长波红外(LWIR)和甚长波红外(VLWIR)及双色/多带探测上可以替代MCT。     

空间低温点目标红外探测系统的作用距离的计算与等效测试

应用于空间环境的低温目标红外探测系统,其作用距离是系统的重要性能指标。本文推导了以红外焦平面探测器噪声为主要因素的点目标红外探测系统的作用距离估算方程,结合实例求解了典型红外探测系统的探测系统的作用距离。针对空间低温点目标,基于信噪比判断准则,采用能量等效和尺度缩比等效的方法在实验室内验证了红外探测系统的作用距离,测试结果符合理论估算。试验表明,该方法可在实验室内用于评估低温点目标红外探测系统的作用距离。     

采用长波红外高光谱偏振技术的目标探测实验

偏振探测有利于改善对目标的探测和识别能力,是当前国内外研究的重要内容之一。介绍了长波红外高光谱偏振测量的原理,并通过搭建长波红外高光谱偏振测量系统,开展了对涂漆目标和镀铝目标在不同温度、不同观测角度下的高光谱偏振成像实验,获取了有效的实验数据并进行处理分析。结果表明:温度和观测角度对目标的光谱偏振特性有较大影响,目标表面的红外光谱偏振特性随辐射温度差值及探测角度差值的增大而增大,并具有波段选择性。利用目标温度和观测角度的差异对目标光谱偏振特性的影响,可以进行有效的探测与识别,并为探测器的波段选择提供参考依据。     

论红外探测系统的作用距离

红外探测系统包括用于点源目标的探索系统和用于扩展源目标的热成像系统。作为一个系统级的性能描述参数,作用距离可用于表征探测过程的质量。探测器作用距离方程取决于目标是点源还是扩展源,同时还取决于所期望的是辐射能量形式还是光子形式。介绍了不同条件下的作用距离方程。讨论了系统参数（比如光学系统的F／#、直径和探测器张角等）对搜索系统和热成像系统作用距离的影响。介绍了对红外探测系统作用距离的理解和体会。     

制冷型热红外焦平面成像系统数据处理的关键技术

长波红外(8~12.5μm)焦平面的性能在很多方面弱于中短波红外器件,其非均匀性及盲元状况较严重。本课题首次在国内引进了法国Sofradir公司的320×256像元HgCdTe长波红外焦平面探测器MARS VLW RM4,其波长响应范围为7.7~12μm。基于一套高帧频低噪声信息获取系统,经过动态范围标定,实现了一套动态范围为250~330K、噪声等效温差(Noise Equivalent Temperature Difference.NETD)小于50mK的热红外成像系统。针对焦平面各像元的响应特性,研究了适用于热红外成像系统的非均匀性及盲元校正方法,提出了基于辐射定标的非均匀性校正和盲元检测。经实验验证,其校正效果优于两点定标法,且易于工程实现,基于辐射定标的结果可实现精确的温度反演。