红外目标模拟器辐射测量技术研究

发布时间：2020-03-26 04:07

【摘要】：红外目标模拟器作为红外半实物仿真系统的重要组成部分,是检验红外制导武器目标识别能力的重要工具。红外目标模拟器通过辐射照度变化实现弹-目距离和弹-目接近速度模拟,其输出辐射的量值精度和稳定性会影响仿真试验效果,直接关系到导弹系统的性能评估。因此,必须对其出射辐射进行定期的测量和校准。课题的目的是研究红外目标模拟器辐射测量技术中的测量方法、辐射测量系统的标定和数据处理方法等关键技术,对推动我国国防科技水平的提高有着重要的军事战略意义。针对大型军用红外目标模拟器部分仿真性能处于失检状态的问题,寻求一种可实现红外目标模拟器全仿真状态下有效性能评估的辐射测量方法是本文研究的关键问题。针对标定源异常辐射波动引起的标定电压变化问题对红外目标模拟器辐射测量的不利影响,建立一种抗干扰能力强的标定参数模型是本文研究的重要问题。针对标定数据非线性引起的数据处理误差问题对红外目标模拟器辐射测量的不利影响,研究一种拟合性能好的数据处理方法是本文需要解决的另一重要问题。针对上述问题,本文开展红外目标模拟器辐射测量技术的研究工作。本文的主要研究内容如下:(1)针对大型军用红外目标模拟器视场光阑变化时的仿真性能处于失检状态的问题,提出一种基于像斑未充满探测器测量模式的红外目标模拟器辐射测量方法。首先,针对传统测量方法采用像斑充满探测器的测量模式导致测量功能受限的问题,提出基于像斑未充满探测器测量模式的测量方法,对应的,构建基于探测器成像和入射光强变化响应的辐射测量体系。其次,根据建立的系统量值传递模型,理论研究标定和测量成像状态不同时存在的响应电压偏差问题,并实验研究其对辐射测量的影响。为避免上述问题引起的测量误差,提出基于标定和测量成像一致性的测量前提。最后,研究考虑标定源内部杂散辐射的背景辐射模型,针对标定和测量中所需考虑的背景辐射存在差异的问题,提出改进的背景辐射电压修正流程。(2)针对标定源异常辐射波动引起的标定电压变化问题对红外目标模拟器辐射测量的不利影响,提出一种基于等效黑体温度(EBTB)标定参数模型的辐射测量系统标定方法。首先,针对传统模型在抗干扰能力和测量效率上的不足,推导出等效黑体温度作为新的标定参数,建立EBTB标定参数模型。其次,针对现有标定流程无法满足新测量模式下标定要求的问题,将标定源视场光阑变化和黑体温度变化相结合,实现辐射范围6×10-10W/cm2-7×10-4W/cm2的系统标定。最后,研究引起不同模型抗干扰能力不同的原因,并开展不同模型的抗干扰能力对比实验。实验结果表明,在1%标定电压异常变化影响下,EBTB模型的测量偏差的绝对值小于4%,相比传统模型在不同条件下的测量误差可降低15%-64%,且在低量级辐射测量或电压信号较小时更有效。(3)针对标定数据非线性引起的数据处理误差问题对红外目标模拟器辐射测量的不利影响,提出一种基于粒子群-自适应支持向量回归(PSO-ASVR)算法的辐射测量系统数据处理方法。针对传统方法在拟合性能上的不足,构建基于PSO-ASVR算法的数据处理流程。其中,构建自适应处理(AP)流程进行标定数据预处理,采用支持向量回归(SVR)算法进行标定数据拟合,并通过粒子群(PSO)算法实现SVR算法的参数最优化。开展不同数据处理方法的拟合性能对比实验。实验结果表明,采用AP流程的ALS方法相比于LS方法,拟合误差可降低86%;本文提出的PSO-ASVR方法相比于传统方法,拟合误差最小可降低40%。(4)开展大型军用红外目标模拟器辐射测量实验,并进行测量结果的不确定度评定。首先,研制基于探测器成像和入射光强变化响应的专用辐射测量系统,针对现有装置存在的测量范围限制问题,提出高探测率探测方案和多重能量衰减方案,使系统可实现S/N=100时6×10-10W/cm2-7×10-4W/cm2的辐射测量。其次,开展准直辐射源辐射测量实验,实验结果表明,系统在标定点和非标定点的测量偏差的绝对值分别小于0.8%和1.7%。再次,开展红外目标模拟器辐射测量实验,实验结果表明,系统可实现大型军用红外目标模拟器全仿真状态下的辐射测量,与红外热像仪的等效黑体温度测量偏差的绝对值小于2.5℃。最后,开展辐射测量结果的不确定度评定,得到相对扩展不确定度为2.8%(k=2)。
【图文】：

光电信息

第 1 章绪论第 1 章绪论1.1 课题背景及研究的目的和意义在未来战争中，超音速战斗机、复合制导空空导弹以及双色成像制导近距格斗弹将成为空战战斗力的最新标志，空战将在网络化和智能化的战术对抗下进行[1]，如图 1-1 所示。战机的隐身技术是建立空中优势的基础[2]，对应的干扰与反干扰策略研究不断深入[3]。红外制导导弹作为广泛使用的精确制导武器[4]，通过探测和处理目标辐射将目标从背景中识别出来[5]。导引头的双色成像制导技术可以实现对红外干扰弹的反干扰策略[6-7]，因此需要进行半实物仿真与动态性能测试来完成其反干扰策略的性能评估[8-9]。

示意图,目标模拟器,光学结构,示意图

哈尔滨工业大学工学博士学位论文。型军用红外目标模拟器军用红外目标模拟器一般通过内置的辐射衰减系统改变输出辐射亮红外制导导弹的性能评估。图 1-4 为某型号中型军用红外目标模拟器构图，其中控制系统主要包括四部分：分离镜系统、视场光阑系统衰减系统[55]。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TJ765.4

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