隨著測控技術(shù)和武器裝備的不斷發(fā)展,光電經(jīng)緯儀對探測能力、成像質(zhì)量和測量精度的要求不斷提升。與可見光系統(tǒng)相比,紅外系統(tǒng)采用被動成像的工作方式,其雜散輻射不僅來源于系統(tǒng)外部的雜散輻射源即外部雜散輻射,還要考慮系統(tǒng)自身的熱輻射即內(nèi)部雜散輻射。為實現(xiàn)對遠(yuǎn)距離、弱目標(biāo)的有效探測,紅外經(jīng)緯儀一般采用高靈敏度制冷型紅外探測器,對熱源特別敏感。相比于外部雜散輻射,內(nèi)部雜散輻射對于系統(tǒng)的影響更加突出,已經(jīng)成為限制紅外經(jīng)緯儀性能提升的瓶頸。此外,靶場環(huán)境的復(fù)雜性對于紅外經(jīng)緯儀內(nèi)部雜散輻射研究提出了更大的挑戰(zhàn)。因此,對紅外經(jīng)緯儀內(nèi)部雜散輻射進(jìn)行相關(guān)研究對于提升系統(tǒng)的各項性能具有重要意義。本文在調(diào)研相關(guān)文獻(xiàn)資料基礎(chǔ)上,總結(jié)了國內(nèi)外在紅外系統(tǒng)內(nèi)部雜散輻射研究方面的相關(guān)成果,梳理了紅外經(jīng)緯儀內(nèi)部雜散輻射研究面臨的難題,為后續(xù)研究指明方向。本論文以紅外經(jīng)緯儀內(nèi)部雜散輻射為研究對象,從內(nèi)部雜散輻射分析方法、抑制措施和測量方法三方面進(jìn)行了深入研究,本論文主要研究成果如下:在內(nèi)部雜散輻射分析方面,采用復(fù)合照度分布法,增加追跡光線數(shù)量,有效解決了分析結(jié)果精度受光線追跡數(shù)量限制的問題。將微元分割思想應(yīng)用于內(nèi)部雜散輻射分析過程,詳細(xì)分析紅外經(jīng)緯儀不同位置微元對于內(nèi)部雜散輻射的影響,為內(nèi)部雜散輻射抑制提供可靠的分析依據(jù)。結(jié)合復(fù)合照度分布法,對某紅外系統(tǒng)內(nèi)部雜散輻射進(jìn)行詳細(xì)分析,并通過紅外系統(tǒng)不同部位加熱實驗驗證了分析結(jié)果的可信性。在內(nèi)部雜散輻射抑制方面,從內(nèi)部雜散輻射來源、傳輸路徑和算法補償三方面進(jìn)行綜合抑制,提出了一種溫度漂移補償方法,通過不同環(huán)境溫度下溫漂補償實驗驗證了補償方法的有效性。通過補償紅外經(jīng)緯儀輸出灰度,可以有效減弱內(nèi)部雜散輻射漂移對于系統(tǒng)輸出的影響,增強紅外經(jīng)緯儀的環(huán)境適應(yīng)性。針對球面反射溫闌抑制內(nèi)部雜散輻射進(jìn)行了詳細(xì)分析,建立了球面反射溫闌分析模型,基于外界熱輻射無法直接到達(dá)探測器靶面的基本原理,推導(dǎo)了球面反射溫闌設(shè)計理論。依據(jù)該理論設(shè)計了用于實現(xiàn)F/2探測器與F/4紅外系統(tǒng)相匹配的球面反射溫闌,仿真結(jié)果表明該球面反射溫闌可以有效抑制雜散輻射。分別在常溫環(huán)境和不同環(huán)境溫度下對球面反射溫闌和不同表面特性平面溫闌進(jìn)行輻射定標(biāo)對比實驗,實驗結(jié)果表明球面反射溫闌引起的探測器輸出灰度僅為平面溫闌的十分之一,說明球面反射溫闌可以有效抑制雜散輻射,驗證了所提出設(shè)計理論的正確性。在內(nèi)部雜散輻射測量方面,建立了考慮積分時間和環(huán)境溫度的輻射定標(biāo)模型。在該定標(biāo)模型基礎(chǔ)上,提出了三種紅外經(jīng)緯儀內(nèi)部雜散輻射測量方法,分別在不同環(huán)境溫度下對三種測量方法進(jìn)行了實驗驗證,結(jié)果表明三種方法均可實現(xiàn)對內(nèi)部雜散輻射較高精度的測量。對于不同口徑和不同形式紅外系統(tǒng)可以選取相應(yīng)測量方法。通過對內(nèi)部雜散輻射進(jìn)行測量,對于評價紅外經(jīng)緯儀內(nèi)部雜散輻射抑制效果,評估系統(tǒng)動態(tài)范圍和作用距離等具有重要意義。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：P213
【部分圖文】：

射進(jìn)行深入研究對于提升系統(tǒng)的性能具有重要意義。技術(shù)和武器裝備的發(fā)展，國內(nèi)外靶場對于高性能紅外內(nèi)部雜散輻射已經(jīng)成為限制靶場紅外經(jīng)緯儀性能提升紅外經(jīng)緯內(nèi)部雜散輻射作為研究對象，從分析方法、進(jìn)行深入研究。本文研究成果對于提升紅外經(jīng)緯儀的測量精度等具有重要意義。內(nèi)部雜散輻射研究現(xiàn)狀，瑞士數(shù)學(xué)家歐拉受普魯士國王邀請出版一本關(guān)于自中歐拉第一次提到光學(xué)成像系統(tǒng)的雜散光問題，并建漆的方法抑制雜散光，其書中插圖如圖 1.1 所示。這于光學(xué)系統(tǒng)的雜散光問題，但當(dāng)時的光學(xué)系統(tǒng)均是可雜散光問題并未受到重視。

圖 1.2 VISTA 紅外相機結(jié)構(gòu)Figure 1.2 The configuration of VISTA infrared camera姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(James Webb Space Telescope, JWST)004 年以來，作為替代哈勃太空望遠(yuǎn)鏡(Hubble Space Telescope, HST太空望遠(yuǎn)鏡，NASA 的 JWST 一直備受矚目。JWST 主口徑為 6.5m六邊形子鏡拼接而成，工作波段從0.6μm可見光延伸至29μm紅外 的雜散輻射不僅來源于黃道光背景、視軸線附近的亮物體、地球和等，望遠(yuǎn)鏡的自身輻射也會對系統(tǒng)產(chǎn)生影響[11-13]。因此，科研人員件的溫度及其表面發(fā)射率進(jìn)行了詳盡分析計算，以準(zhǔn)確分析系統(tǒng)的時對于反射鏡面在不同污染情況下引入的雜散輻射也進(jìn)行了詳細(xì)分WST 的內(nèi)外部雜散輻射抑制效果均滿足要求[14]。經(jīng)過長時間設(shè)計分

) 詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(James Webb Space Telescope, JWST)2004 年以來，作為替代哈勃太空望遠(yuǎn)鏡(Hubble Space Telescope, HST)的下新型太空望遠(yuǎn)鏡，NASA 的 JWST 一直備受矚目。JWST 主口徑為 6.5m，主18片六邊形子鏡拼接而成，工作波段從0.6μm可見光延伸至29μm紅外波段ST 的雜散輻射不僅來源于黃道光背景、視軸線附近的亮物體、地球和月亮射光等，望遠(yuǎn)鏡的自身輻射也會對系統(tǒng)產(chǎn)生影響[11-13]。因此，科研人員對于各組件的溫度及其表面發(fā)射率進(jìn)行了詳盡分析計算，以準(zhǔn)確分析系統(tǒng)的自身。同時對于反射鏡面在不同污染情況下引入的雜散輻射也進(jìn)行了詳細(xì)分析保 JWST 的內(nèi)外部雜散輻射抑制效果均滿足要求[14]。經(jīng)過長時間設(shè)計分析測，JWST 預(yù)計于 2019 年發(fā)射升空。JWST 探測能力超過 HST 百倍，其超強測能力不僅與第二拉格朗日(L2)點的絕佳觀測地點有關(guān)，還得益于優(yōu)異的雜射抑制效果，JWST 的雜散輻射抑制設(shè)計如圖 1.3 所示[15]。

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本文編號：2817079