红外成像系统数字化性能样机技术研究

发布时间：2020-05-29 03:18

【摘要】：随着红外技术的发展及其在相关领域的广泛应用,红外成像系统的设计与研制工作越来越受到重视,器件工艺的进步和应用需求的不断提高也对其设计与研制提出了更高的要求,基于物理样机的传统设计和研制流程周期长、成本高,逐渐不能满足标准化、通用化、快速化的工程设计需求。因此,本文依托红外成像理论和计算机仿真技术,致力于构建准确可信的数字化性能样机,为红外成像系统工程设计及参数优化提供指导,进而缩短成像系统研发周期,主要开展的工作如下:首先,对红外成像系统工程设计的常用指标进行分析,总结成像系统设计流程并针对传感器模块的快速工程设计提出了数字化性能样机的功能需求,根据需求分析了数字化性能样机的工作原理。其次,从数字化性能样机的设计需求出发,研究了整个成像链路中各个模块对红外辐射信号的传递和转换机理。以连续输入/离散化处理/连续输出的分析模型为基础,建立了基于信号级的红外成像系统工程化仿真模型。其中,目标背景辐射建模部分提出了基于实测数据的目标背景辐射特性融合方案;光学系统部分建立了基于专业设计工具ZEMAX像质数据的工程化仿真模型,首次实现专业设计工具ZEMAX与建模仿真平台的数据互联;探测器建模部分除考虑信号传递特性、空间特性、噪声特性外,本文构建了基于像素对应关系的精确采样模型。然后,依据系统设计指标与建立的工程化仿真模型,在Windows7 64位系统上利用C++语言搭建了红外成像系统数字化性能样机平台。最后,为了验证数字化性能样机的实用性,拟定了红外成像系统的总体技术指标,同时考虑到各个模块之间的参数匹配,选择合适的探测器件并设计了相对应的光学系统,得到了设计参数。借助于本文搭建的性能样机平台模拟了成像链路中各个模块的物理效应,并对仿真的可信性进行分析,结合MRTD实验预估的作用距离,综合评估了系统的探测识别性能,与拟定的总体技术指标对比之后,为设计参数的修改优化指明了方向。本文搭建的红外成像系统数字化性能样机平台可应用于红外成像系统传感器模块设计参数下的图像仿真及性能参数计算,根据仿真及分析结果综合评估系统性能,能够为后续的参数优化指明方向,缩短系统研发周期,对红外成像系统的工程设计具有重要意义。
【图文】：

)；不同鉴别等级的目标传递概率曲线如下图 2.2 所示：图2.2 探测、识别、辨认对应的目标传递概率函数曲线人眼通过红外成像系统观测到目标的基本要求有以下两点：1） 假设目标的空间频率为 f，目标与背景的实际温差经过大气辐射传输后到达成像系统的温差值不能低于成像系统对应于该频率的 MRTD 值。2） 目标对系统的张角不能低于探测单元所要求的最小视角，目标与成像系统的关系如下图 2.3 所示：距离为R 探测单元光学系统目标图2.3 目标与成像系统位置关系图图 2.3 中 θ 表示目标对成像系统的半张角，R 表示目标与成像系统之间的距离，当 h 表示目标高度时，，需要满足公式(2-12)：

射线追踪法示意图
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN219;TP391.41

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本文编号：2686306