本文關鍵詞：紅外經(jīng)緯儀結(jié)構(gòu)設計及提高其輻射測量精度的關鍵技術(shù)研究

  更多相關文章： 紅外輻射特性測量 經(jīng)緯儀 紅外成像系統(tǒng) 輻射定標 環(huán)境溫度 雜散輻射

【摘要】：紅外輻射特性測量是獲取目標表面輻射溫度分布、探測識別紅外目標和評價目標紅外隱身效果的基礎技術(shù)之一。隨著紅外探測器和測控技術(shù)的發(fā)展,越來越多的高精度地基紅外成像系統(tǒng)(例如紅外經(jīng)緯儀)廣泛應用于軍事目標的輻射特性測量。紅外成像系統(tǒng)與可見光電視相比,受環(huán)境因素尤其是溫度影響更為顯著。由于外場測量試驗條件的復雜性和目標的多樣性,提高紅外經(jīng)緯儀輻射測量精度歷來是一大難題。本論文深入地研究了輻射定標、測量模型,在現(xiàn)有可見光電視經(jīng)緯儀的基礎上進行了紅外經(jīng)緯儀的基本結(jié)構(gòu)設計。綜合考慮成像系統(tǒng)、大氣、背景輻射和目標輻射特性等因素,詳細分析了紅經(jīng)緯儀輻射測量誤差來源。并在此基礎上提出了提高其紅外輻射特性測量精度的方法,對本文輻射測量系統(tǒng)進行結(jié)構(gòu)設計、定標方法和輻射反演算法方面的改進。本論文主要完成了五個方面的工作:(1)深入研究國內(nèi)外現(xiàn)有的目標紅外輻射特性測量技術(shù),并在此基礎上提出了系統(tǒng)輸出灰度與目標輻射亮度、積分時間及環(huán)境溫度的關系模型。研究寬動態(tài)范圍輻射定標和非均勻性校正方法,建立了完整的定標、測量模型。為以后的輻射定標研究及測量誤差分析提供可靠的理論支持。(2)設計了紅外經(jīng)緯儀的基本結(jié)構(gòu),包括跟蹤架、桁架結(jié)構(gòu)四通、主次鏡系統(tǒng)、自動調(diào)焦系統(tǒng)和自動切換反射鏡等。(3)根據(jù)本文建立的輻射定標和測量模型,分析了紅外經(jīng)緯儀輻射測量誤差的主要來源。紅外系統(tǒng)由光學系統(tǒng)、機械結(jié)構(gòu)和探測器組成,本文研究了環(huán)境溫度和雜散輻射對紅外系統(tǒng)響應的影響機理。此外定標誤差、大氣傳輸影響和目標本身因素等也是重要的誤差源。(4)根據(jù)理論分析,提出了多種提高紅外經(jīng)緯儀輻射測量精度的關鍵技術(shù),涵蓋結(jié)構(gòu)設計改進、輸出灰度漂移補償、新型定標方法和大氣傳輸修正等方面。重點研究了系統(tǒng)內(nèi)、外部雜散輻射的軟件計算與測量方法,從結(jié)構(gòu)改進的角度設計了雜散輻射抑制方案。提出大口徑紅外經(jīng)緯儀寬動態(tài)范圍定標方案以避免外推誤差,以平行光管和面源黑體結(jié)合作為定標源,采用多檔中性衰減片和多個積分時間實現(xiàn)寬動態(tài)范圍定標和測量。(5)對目標特性進行研究,以滿足多種紅外目標的測量需求。提出了兩種小目標輻射測量方法,以提高測量精度并拓展紅外測量系統(tǒng)的適用范圍。最后采用外場目標紅外輻射特性測量實驗對本文的紅外經(jīng)緯儀進行了精度檢測。本論文對紅外經(jīng)緯儀的結(jié)構(gòu)設計、工作原理和測量誤差來源進行了系統(tǒng)的研究,提出了多種提高紅外經(jīng)緯儀輻射測量精度的方案,進行系統(tǒng)光機結(jié)構(gòu)設計和測量方法方面的改進。本文的研究成果對進一步開展目標輻射特性測量研究和紅外成像系統(tǒng)設計具有重要的理論意義和實踐參考價值。
【關鍵詞】：紅外輻射特性測量 經(jīng)緯儀 紅外成像系統(tǒng) 輻射定標 環(huán)境溫度 雜散輻射
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(長春光學精密機械與物理研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH761.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目錄8-11
• 第1章 緒論11-23
• 1.1 論文研究背景及意義11-12
• 1.2 紅外成像技術(shù)研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 紅外探測器的發(fā)展歷程12-14
• 1.2.2 紅外成像技術(shù)的廣泛應用14-16
• 1.3 紅外輻射特性測量系統(tǒng)研究現(xiàn)狀16-21
• 1.3.1 國外輻射特性測量系統(tǒng)研究現(xiàn)狀17-20
• 1.3.2 國內(nèi)輻射特性測量系統(tǒng)研究現(xiàn)狀20-21
• 1.4 論文的主要內(nèi)容與結(jié)構(gòu)安排21-22
• 1.5 本章小結(jié)22-23
• 第2章 目標紅外輻射特性測量技術(shù)原理23-64
• 2.1 紅外輻射的基本理論23-27
• 2.1.1 輻射測量常用術(shù)語及定義23-25
• 2.1.2 紅外輻射的基本定律25-27
• 2.2 紅外輻射定標技術(shù)27-36
• 2.2.1 幾種常見的定標方法28-33
• 2.2.2 建立考慮積分時間的定標模型33-35
• 2.2.3 寬動態(tài)范圍定標的實現(xiàn)35-36
• 2.3 非均勻性校正技術(shù)36-41
• 2.3.1 非均勻性的來源36-37
• 2.3.2 非均勻性校正方法37-39
• 2.3.3 無效像元的判別與剔除39-41
• 2.4 目標紅外輻射特性測量原理41-45
• 2.4.1 目標本身特性41-42
• 2.4.2 大氣傳輸特性42-43
• 2.4.3 紅外成像系統(tǒng)響應特性43
• 2.4.4 輻射測量基本理論43-45
• 2.5 本章小結(jié)45-46
• 2.6 設備概況46-47
• 2.7 紅外經(jīng)緯儀跟蹤架及四通設計47-52
• 2.8 主望遠鏡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計52-61
• 2.9 光學系統(tǒng)其它重要結(jié)構(gòu)設計61-63
• 2.10 本章小結(jié)63-64
• 第3章 紅外經(jīng)緯儀輻射測量誤差的主要來源64-70
• 3.1 紅外系統(tǒng)自身因素64-66
• 3.2 輻射定標誤差的影響66-67
• 3.2.1 定標區(qū)間不足時的外推誤差66
• 3.2.2 定標過程中的環(huán)境溫度變化66-67
• 3.2.3 定標與測量環(huán)境溫度不一致67
• 3.3 大氣對輻射特性測量的影響67-68
• 3.4 目標自身因素的影響68-69
• 3.5 本章小結(jié)69-70
• 第4章 提高紅外經(jīng)緯儀測量精度的方法及相關實驗70-145
• 4.1 降低環(huán)境溫度變化對系統(tǒng)影響70-80
• 4.1.1 提高紅外經(jīng)緯儀整機散熱和隔熱性能70-71
• 4.1.2 補償溫度變化引起的紅外系統(tǒng)輸出灰度漂移71-80
• 4.2 系統(tǒng)內(nèi)、外部雜散輻射的抑制80-94
• 4.2.1 制冷型紅外成像系統(tǒng)內(nèi)部雜散輻射測量方法81-91
• 4.2.2 設計遮光系統(tǒng)抑制雜散輻射91-94
• 4.3 降低輻射定標誤差的方法94-118
• 4.3.1 采用定標簡化算法降低定標時間94-98
• 4.3.2 設計寬動態(tài)范圍定標方案避免外推誤差98-115
• 4.3.3 修正定標、測量時環(huán)境溫度差對系統(tǒng)響應的影響115-118
• 4.4 大氣紅外輻射傳輸修正118-120
• 4.5 本章小結(jié)120-121
• 4.6 面源目標輻射特性反演公式121-122
• 4.7 小目標紅外輻射特性測量方法122-140
• 4.8 紅外經(jīng)緯儀輻射特性測量精度檢測實驗140-144
• 4.9 本章小結(jié)144-145
• 第5章 總結(jié)與展望145-148
• 5.1 論文工作總結(jié)145-146
• 5.2 研究展望146-148
• 參考文獻148-155
• 在學期間學術(shù)成果情況155-157
• 指導教師及作者簡介157-158
• 致謝158

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本文編號：681355