宽动态范围红外辐射测量系统快速定标算法

红外辐射测量系统的宽动态范围定标通常是在多个温度点下,设置多个积分时间并适当加入衰减片的方式实现的。其不仅效率低、耗时长、成本高且影响整个红外辐射测量系统实时性和机动性。对此,在考虑积分时间的定标模型基础上,提出宽动态范围快速定标方法。只需调节一次积分时间和一次温度即得到宽动态范围任意积分时间的定标方程。利用400 mm红外辐射测量系统对快速定标方法的定标精度、测量精度进行验证。实验结果表明:快速定标方法与直接定标结果之间最大误差为2.75%,该方法外场测量时最大辐射测量误差为11.69%,相比传统辐射测量最大误差不超过1.52%。说明快速定标方法能有效地保证系统辐射定标精度,提高辐射测量系统的定标效率,缩短定标时间,实现对系统宽动态范围任意积分时间的定标。整个辐射测量过程实时性好,操作简单、易实现且可靠性高,适应针对外场条件下红外辐射特性测量系统的要求,外场测量结果也说明快速定标可以直接应用于靶场目标的红外辐射测量任务中。     

黑体与恒星相结合的短波红外遥感器在轨辐射定标简析

为满足气象水文、天文观测等领域对短波红外遥感器高精度探测需求,近年来对短波红外探测定量化应用的需求越来越高。本文针对高轨面阵短波红外遥感器在轨各种因素引起的非均匀性变化情况,基于面源黑体定标结合恒星定标的在轨绝对辐射定标设计方案,结合某遥感器任务研制过程的具体实际,分析了定标精度主要影响因素及优化措施,包括星上定标方案优化、星上黑体温度控制优化、恒星提取算法优化等。通过实验室测试对在轨辐射定标方法进行了验证,并对在轨绝对辐射定标不确定度进行预估,评估结果表明定标不确定度能够满足应用要求。     

星上定标积分球系统的设计

星上定标系统是有效监测遥感器辐射响应性能的重要技术构成,成像光谱仪技术的发展对星上定标系统提出了更高的要求,包括系统小型轻量化及稳定性等技术难题.提出一种较完整的技术方案,以内置卤钨灯为光源,用小型化的积分球为匀光体,采用色温校正技术调节其光谱输出,内置安装标准辐射计监视系统的稳定性.针对积分球系统定标用的光源--卤钨...     

基于二次修正提高宽动态红外辐射测量精度

随着高超音速武器的出现,实现系统对目标从低温到高温宽动态的辐射测量是未来的发展趋势,而现在对辐射测量宽动态范围的研究相对较少。文中针对宽动态辐射测量中的平行光管和衰减片带来的误差提出了二次修正方法,进一步提高了高温红外辐射测量的目标反演的精度。为验证文中提出方法的实际效果,对基于600 mm口径的中波红外辐射测量系统进行了实验。并利用文中的方法对2%、10%、20%的辐射测量结果进行了修正,实验分析结果显示,该修正方法分别将原有的测量精度提高3.31%、3.27%、1.60%,证实修正方法可以有效地提高辐射测量的精度,具有一定的工程实践意义。     

红外相机实时绝对辐射定标技术研究

辐射定标技术是实现定量遥感的关键环节。近年来,随着红外遥测技术愈发成熟,星上红外辐射定标已成为空间定量遥感技术的重要发展方向。文中从红外相机实时绝对辐射定标的背景出发,提出了半光路星上绝对辐射定标和基于多温度场的场地绝对辐射定标方法,结合实验数据,分别采用星上定标、场地定标、交叉定标三种方案进行在轨绝对辐射定标实验验证,并对其适用场景进行了分析。结果表明,通过结合半、全光路定标数据处理和转换技术,利用水面场和陆面场的场地绝对辐射定标方法,优选合适的定标场地,同时在陆面场中增加典型地物场景实现多温度场定标的方法,所提出的辐射定标方法实现了实时高精度绝对辐射定标,定标精度优于1.5 K。     

红外辐射源标温控及性能测试方法

红外辐射源标是红外系统性能测试的重要设备.根据红外相机外场测试对大辐射面和辐射温度范围宽的辐射源标需求.设计了辐射面达到1 m2的新型红外辐射源标的温控系统,实现了辐射面的多点、大范围、高精度温度测量与PID自动控制,及传感器、加热管和风机的故障自动检测与报警.温控系统通过RS232与计算机通信,实现了其应用的软件控制...     

红外辐射与物质的热作用

关于红外辐射加热物质的研究和应用已经有许多年的历史了,把这一问题作为工程热物理内容来研究辐射与物质相互作用,曾经提出并应用了多种方法,也在实践中取得了很多经验和成果,并为国家节能事业做出了很大贡献.简要总结有关的内容.     

一种大型黑体辐射源测控系统的设计

为了满足近年来国内飞速发展的红外测控的定标需求,设计出了一种能满足更宽大视场角以及更高分辨率红外探测系统的测控定标用黑体辐射源的测控系统。采用7075冷处理锻压合金制成该大型黑体辐射源的面本体黑体辐射面,其有效辐射面积达到1200 mm×1200 mm。对于该尺寸的大型黑体辐射源,国内并没有现成的测控控制方法与手段来验证其技术指标是否达到设计要求。根据大型黑体的主要技术指标要求,给出了黑体测控及控制方法,并通过实际测控取得的数据验证了黑体测控系统的准确性。     

基于LightTools的大口径积分球辐射特性仿真

为了研制辐射特性相对理想的大口径积分球,采用LightTools仿真分析了5种光源位置和3种照明模式,共15种直径为3 m积分球模型的辐照度面均匀性和朗伯特性。相比依靠经验设计积分球,计算机仿真研究具有周期短、成本低、重复性高等优点。仿真结果表明:照明模式和光源位置对积分球开口处辐照度面均匀性影响很小;而对开口处朗伯特性产生较大影响。首先,光源方向上的朗伯特性最差,其次,对称式照明模式则会改善朗伯特性,另外,随着光源与积分球前后半球交汇面的距离不断增加,积分球的朗伯特性逐步变优。最后,测试了直径为3 m积分球在不同照明模式下的辐照度面均匀性、光源方向和垂直方向的朗伯特性,实测辐射特性与仿真结果相吻合。     

固定单站对机动红外辐射源的无源定位研究

文章在现有单站无源定位技术的基础上,介绍了一种根据红外辐射在大气中的传输特 性,提出机动空中辐射源的单站无源定位方法,并且给出了它的EKF型的直接递推估计算法,通过计算机仿真验证了该方法的正确性及有效性,该方法可应用于抗低空突防和反隐身目标的空防系统中。     

沙尘暴对红外辐射的消光特性分析（特约）

基于Mie散射理论和Monte Carlo方法,分析了国内七种模态沙尘暴对0.86~20 μm波段红外辐射的消光和衰减特性。研究结果表明:对于小尺寸的沙尘粒子,在近、中波红外,消光效应主要是散射作用的结果;对于大尺寸的沙尘粒子,红外消光是吸收和散射共同作用的结果。比较了沙尘暴单次散射和多重散射产生的衰减率差异,多重散射的衰减率小于同一条件下的单次散射衰减率,差异随可见度的增大而减小,基于Monte Carlo方法计算的多重散射衰减率比消光系数更能全面反映沙尘暴对红外辐射强度衰减的影响。六种大颗粒模态沙尘暴比小颗粒模态沙尘暴的红外衰减强度大,衰减率基本随着波长的增大而增大;小颗粒模态沙尘暴的衰减率随波长的变化有明显的起伏,在7.9~12.5 μm范围内有峰值,在13~20 μm范围内衰减率对波长不敏感。     

高性能锑化物超晶格中红外探测器研究进展（特邀）

中红外探测技术作为一种重要的被动探测手段,在各个领域都有着非常重要的作用。其中,以InAs/InAsSb超晶格材料为基础的无Ga型Sb化物II类超晶格探测器,由于去除了Ga原子的缺陷,具有更高的少子寿命,有利于提高探测器性能。此外,使用光子晶体结构,进行表面光学性能调控,可以提高器件的响应度,从而降低材料吸收区厚度,降低器件暗电流。暗电流的降低和响应度的提升,进一步优化了探测器的性能,进而提高器件工作温度,进一步降低探测系统的体积、重量和功耗。研究表明:使用光子晶体结构可以在不改变外延材料结构的前提下,提高器件量子效率,实现响应光谱的展宽,在实际应用中具有重要的意义。文中综述和讨论了InAs/InAsSb超晶格探测器和光子晶体结构探测器材料生长、结构设计的主要技术问题,详细介绍了两种提高中红外探测器性能的方案及国内外的研究进展。     

非制冷红外探测器研究进展（特邀）

非制冷红外探测器由于无需制冷装置,能够工作在室温状态下,具有成本低、体积小、功耗低等特点,在红外领域得到了广泛的应用。在军事应用方面,非制冷型探测器的应用逐渐进入了之前制冷型探测器的应用范围,大量应用在一些低成本的武器系统,甚至在一些应用领域取代了原来的非制冷型探测器。在民用领域方面,更表现出了其价格和使用方便的优势,在民用车载夜视、安防监控等应用领域引起了广泛的兴趣和关注。文中介绍了Bolometer、热释电、热电堆等几种典型非制冷红外探测器的工作原理,列举了目前已实现商业化应用的主要产品在国内外的情况,着重介绍了目前应用最广泛的Bolometer器件主流产品的像元间距、阵列规格、性能及其封装发展的情况。除了已实现商业化应用的Bolometer、热释电、SOI二极管等探测器等产品,还详细介绍了一些非制冷探测新技术或新型器件:比如超表面在增强某些波段吸收方面的应用,新材料的Bolometer探测器、双材料新型非制冷器件、石墨烯、量子点、纳米线等光电探测技术的研究进展。最后文章还对今后非制冷红外探测器的发展趋势作了预测。     

Anchor-free轻量级红外目标检测方法（特邀）

针对红外目标的特点,提出了一种anchor-free轻量级红外目标检测方法,提高了嵌入式平台对红外目标的检测能力。针对计算资源有限的平台,提出了一种新的轻量级卷积结构,引入非对称卷积增强标准卷积的特征表达能力,同时有效减少参数和计算量。设计并行多路特征通道,经过通道拼接生成丰富的特征,结合注意力模块和Channel Shuffle构建轻量级特征提取单元。增加SkipBranch促进浅层信息向高层传递,进一步丰富高层特征。在FLIR数据集进行实验验证,设计的轻量级网络结构精度为81.7% ,超过了 YOLOv4-tiny,但模型参数量减少了75.0%、计算量下降了71.1%,并且推理时间压缩了91.3%,能够满足嵌入式平台红外目标的实时检测需求。     

宽带消色差红外光学超构透镜研究进展（特邀）

超构透镜是由亚波长散射单元结构排列而成的具有聚焦功能的平面二维超构表面。超构表面能够在亚波长尺度上操控光场的振幅、相位、色散和偏振态,是近年来迅速发展起来的新型光场调控载体。亚波长共振纳米结构使得高阶衍射被抑制,入射光场可以完美地被调制到设计的衍射级次上,从而确保了超构表面器件具有高的光子调控效率。同时,超构单元在设计上的灵活性及其特定的电磁响应使得超构表面可以实现对光场多个维度的定制化操控。不同于传统光学透镜依赖光传播的相位累积效应,宽带消色差超构透镜通过对光场相位和相位色散的同时独立调控解决了传统通过级联多个透镜修正色差造成的光学系统复杂和体积庞大限制,为发展小型化片上集成光学提供了全新的思路。文中围绕超构透镜的相关研究,首先介绍了超构表面调控光场振幅、相位和偏振态的基本原理,在此基础上,重点回顾了近年来关于超透镜的研究发展,包括通过单一参量调控的单波长超透镜的实现,以及通过对光场偏振、相位及相位色散的多参量联合调控的多功能宽带消色差超构透镜的发展现状,最后讨论其进一步发展的可能挑战与应用前景。     

二维半导体红外光电探测器研究进展（特邀）

红外探测在生物医疗、智慧城市、宇宙探索等前沿领域中有着重要的作用。近年来,以二维材料为代表的新型纳尺度半导体并以此形成的具有颠覆性意义的光电探测技术在探测灵敏度、极低暗电流、高工作温度等指标超越了传统薄膜器件的理论极限,是新一代红外光电探测技术有力竞争者之一。文中以局域场调控实现室温高性能光电探测为出发点,介绍了铁电局域场、层间内建电场、面内内建电场调控二维材料光电探测机理与器件实现方法;进一步,针对二维材料其尺寸效应引起的光利用率低或量子效率低的问题,提出了单边异质结和表面等离子激元增强结构的光电性能增强方法;最后列举了二维半导体材料在红外探测器领域的应用探索,展现了新型二维半导体红外探测器的应用潜力与前景,为新一代红外探测器技术提供了新方法和新思路。     

红外气动光学效应研究进展与思考（特邀）

红外成像探测技术是精确制导的重要手段,随着导弹武器向超音速、高超音速方向发展,红外成像探测装置的工作环境更为恶劣。高速飞行条件下恶劣的气动力热环境使红外窗口的结构安全面临极大挑战,激波、窗口等高温辐射源的辐射干扰严重影响红外探测能力,流场和窗口的传输效应降低了探测制导精度。气动光学效应是高速红外探测与传统红外探测的本质的区别,也是决定红外探测应用于高速导弹可行性的关键因素。文中主要介绍了高速红外成像探测的气动力热效应、热辐射效应和传输效应及其影响,阐述了气动光学效应在机理研究、试验研究、数值模拟和抑制校正技术方面的进展,最后给出了高速红外探测气动光学效应研究的思考与建议。     

半导体纳米线红外探测研究进展（特邀）

近年来,红外探测器由于其在军民领域广阔的应用前景已经受到了越来越多的关注。为了进一步实现室温宽谱段、高灵敏度、快速响应以及低功耗的红外探测器,低维半导体作为极具潜力的新型沟道材料得到了广泛的研究。其中,纳米线有着独特的电学与光电特性,当被应用到红外光电探测器中时,展现出了巨大的优势,例如尺寸小、功耗低、光吸收效率高、表面态丰富、易于光电子分离与收集以及与传统硅基工艺兼容等等。当前,对于纳米线红外探测器的研究一直在进行中并不断取得突破。文中主要概述了纳米线在红外光电探测领域的最新研究进展,介绍了半导体纳米线的基本特性、材料选择和制备方法,展示了多种二元与三元化合物半导体中已实现红外探测的纳米线材料及其当前研究达到的探测水平,并且分类总结了多种进一步提高光电探测性能的方法,包括异质结合、外场调控、器件集成等,随后针对不同构型纳米线红外探测器的优缺点,进行了简要的对比与说明,最后基于该领域仍然面临的挑战对其未来的发展方向进行了展望,并为其技术发展路线提出了初步的建议。     

中红外波段高速硅基电光调制器设计与优化（特邀）

作为中红外波段中最接近O波段和C波段的波段,2 μm波段区域逐渐引起人们的广泛关注。主要对2 μm波段的马赫-增德尔型调制器进行优化设计和仿真,根据2 μm波长下光模场分布的特点,选用具有340 nm厚度顶层硅的SOI衬底,结合实际工艺中240 nm硅刻蚀深度,得到宽度为600 nm以及平板层厚度为100 nm的最优脊波导结构。通过优化掺杂浓度和掺杂区位置获得综合性能最优的调制器器件,在4 V反向偏压下器件光损耗为5.17 dB/cm,调制效率为2.86 V·cm,静态消光比为23.8 dB,3dB EO带宽为27.1 GHz。同时,与220 nm厚度顶层硅器件相比较,器件的综合性能更为优越。研究内容为后续器件实际制作提供了依据,也为后续2 μm波段光收发集成模块所需调制器设计提供了新的方向。     

高帧频宽温度范围红外点源干扰装置设计

针对机动性能好、突防能力强的红外成像制导系统,利用极薄金属片可以快速加热升温与自然降温的特性,提出了一种适用于末制导阶段的新型红外干扰方法。建立了金属片加热升温及自然降温过程的数学模型,确定了金属片结构形式及材料特性;设计了结构简单、密封环境良好的红外点源干扰装置。试验结果表明:金属片优选2 μm厚的镍片,其加热时间为50 ms （500~1 000 ℃）,自然降温时间为75 ms （1 000~500 ℃）,可以满足帧频要求（10 Hz）;并实现了温度规律性的周期变化。分析与试验结果证实了红外点源干扰装置能够模拟红外辐射特性的快速变化,可为末制导阶段干扰提供一种新思路。