地面目标中长波红外辐射特性测量关键技术研究

发布时间：2020-10-19 14:06

　　 目标红外辐射特性研究无论是在民用还是军事,理论还是实践都有着十分重要的研究意义。能根据探测目标选择系统的波段以及性能;能为检测、跟踪提供一些基本的光谱特征;能帮助红外探测以及隐身提供依据,增强侦查与反侦察能力。在林火检测、海上救援、夜视侦查、导弹防御等方面有着广泛应用。红外辐射特性测量是利用成像系统获取目标在某一波段下的辐射图像,根据系统辐射标定、大气修正算法及特性反演得到目标辐亮度、辐射能量。针对目前辐射特性研究实验中反演特性精度有限的问题,本文设计了一套完整的提高精度的辐射测量方法。本文从理论仿真和测量实验两个方面对目标的红外辐射特性进行了深入研究。研究了辐射传输的理论基础及影响因素,提出了红外光学系统标定的快速定标方法,以及能够提高精度的合作方案下大气修正方法,并通过实验对辐射测量结果进行了分析。主要研究内容及成果如下:1.波段选择及技术路线制定。基于理论和实际测量数据的分析,研究了光学系统性能及不同波段探测器的特点,分析了地面典型目标和背景的辐射特性;并从实验角度出发,研究了辐射测量系统组成,制定了目标红外辐射特性测量的技术路线:辐射定标、大气修正、目标反演。2.辐射定标技术。针对系统在不同积分时间下响应不同的问题,研究了系统输出与积分时间、入射辐射之间的关系,提出了一种快速辐射定标的方法,完善了模型,实现了误差在1%以内的精度。利用高精度面源黑体对长波探测器进行非均匀校正和绝对定标,以及用中波探测器在恒温箱内进行不同背景温度下的实验验证了方法的正确性。3.大气修正技术。研究了利用大气传输修正软件和基于黑体的实时校正方法,提出了一种结合两种方法的合作方案,既能保证实用性又能提高精度,实现了10%的精度提高。利用大气传输修正软件MODTRAN仿真分析了成像过程中大气吸收、气溶胶散射、传输距离等因素对中波3~5μm和长波8~12μm辐射特性研究的影响;对太阳光度计CE318反演气溶胶厚度的算法进行了研究;用不同方法对不同距离下的目标进行了大气修正、目标反演实验。综上所述,本文提出的目标红外辐射测量方法可行、有效,对日后的理论与实验研究有一定的意义和参考价值。
【学位单位】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN21
【部分图文】：

图 1.1 毛伊岛观测站Figure1.1 Maui observation station辐射测量系统包括由飞机做载体的机载系统和由气球做载体比如上世纪 80 年代美国的球载计划 BAMM，通过 2.5~5μm进行红外测量；1992 年美国将机载信号系统 MATS 安装在波段测量。天基辐射测量系统是指将器件安装在卫星、导弹、火0 年代起，美国进行了 NFIRE 卫星计划、MSTI 计算、LACE 计划等多项星载辐射测量系统；并针对导弹识别和中段反制T 油箱碎片特征计划和 FAIR 伴飞计算，提高了高空中的识别技可见，国外在目标的红外辐射特性研究方面知识全面、系统完内发展现状外的研究相比，我国对辐射特性研究技术的研究开始较晚，所还是测量实验都还有待完善[12]。在仿真计算方面，高校和研究

第 2 章 红外辐射特性研究技术路线及基本原理红外辐射是热辐射的一种，遵循其基本规律，红外系统通过把人眼看不到外辐射转化为图像，通过数据处理获得辐射量。辐射特性研究主要包括仿真和辐射测量实验。本章从实验角度给出了辐射测量的技术路线：辐射定标、修正、目标反演。从仿真方面介绍了基本辐射量和基本原理；分析了典型目背景的辐射特征；根据测量目标的性质不同给出了探测器波段的选择。.1 红外辐射测量技术路线红外辐射测量实验是获得目标真实辐射特性的直接手段，通过红外探测器辐射强度，再将信号转化为电信号，通过系统辐射定标、大气修正和目标反得目标的辐射特性，系统组成如 2.1 所示。

黑体的出射度0M ，式子如下：1 201 2( ) M MM f T 于所有波段的全辐射，反映了一个物体对某一波都强，弱则都弱。定律辐射能力分布的规律，即温度与出射度bM 的关215 5/2 1 11exp( ) 1 b c ThccMhcekT温度，单位K ； 是辐射波长，单位 m；c 是是玻尔兹曼常数；1c 、2c 是第一、二辐射常数了 500K-1000K 温度的黑体辐射的光谱分布曲线
【参考文献】

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本文编号：2847310