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近高超声速高温蓝宝石窗口下中波红外成像退化分析仿真与性能测试实验

彭志勇 王向军 卢进

近高超声速高温蓝宝石窗口下中波红外成像退化分析仿真与性能测试实验

彭志勇, 王向军, 卢进
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  • 本文基于高温红外窗口热辐射红外成像探测器干扰机理,开展高温红外窗口成像分析、仿真与实验验证研究工作. 根据流体仿真计算获得的高温窗口温度及实验测得的窗口发射率、吸收率等参数,开展窗口热辐射计算;建立了光学窗口介质内部辐射传输路径和强度计算模型,并给出了窗口辐射出射模型以及相应红外成像模型;基于光学追迹方法,把窗口热辐射成像的计算问题转换成了光学计算问题;设计了一种基于高温蓝宝石红外窗口的加热实验,对红外成像仿真结果进行了检验. 通过仿真结果与窗口加热实验结果对照,将基于模型分析获取图像与实验结果图像作差,得到的平均每个像素误差值为0.45;实验发现在窗口约773 K条件下,设计的中波红外成像系统的信噪比、对比度分别降低到原来三分之一左右,而整个红外成像系统NETD值由原来的约52 mK上升到了954 mK. 本文提出的窗口热辐射分析方法可以有效估计窗口热辐射对中波红外成像的影响,设计的实验对成像系统的指标验证有较好的用途,同时对红外成像系统波段细化优选和成像参数调整,降低图像退化程度,都有着重要的指导意义.
    • 基金项目: 国家自然科学基金与中国民用航空总局联合研究基金(批准号:61179043)、国家教育部支撑项目(批准号:625010110)、天津市自然科学基金(批准号:12JCQNJC01200)和国家科技专项资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-06-04
  • 修回日期:  2013-08-25
  • 刊出日期:  2013-12-05

近高超声速高温蓝宝石窗口下中波红外成像退化分析仿真与性能测试实验

  • 1. 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 微光机电系统技术教育部重点实验室, 天津 300072;
  • 2. 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072;
  • 3. 津航技术物理研究所, 天津 300192
    基金项目: 

    国家自然科学基金与中国民用航空总局联合研究基金(批准号:61179043)、国家教育部支撑项目(批准号:625010110)、天津市自然科学基金(批准号:12JCQNJC01200)和国家科技专项资助的课题.

摘要: 本文基于高温红外窗口热辐射红外成像探测器干扰机理,开展高温红外窗口成像分析、仿真与实验验证研究工作. 根据流体仿真计算获得的高温窗口温度及实验测得的窗口发射率、吸收率等参数,开展窗口热辐射计算;建立了光学窗口介质内部辐射传输路径和强度计算模型,并给出了窗口辐射出射模型以及相应红外成像模型;基于光学追迹方法,把窗口热辐射成像的计算问题转换成了光学计算问题;设计了一种基于高温蓝宝石红外窗口的加热实验,对红外成像仿真结果进行了检验. 通过仿真结果与窗口加热实验结果对照,将基于模型分析获取图像与实验结果图像作差,得到的平均每个像素误差值为0.45;实验发现在窗口约773 K条件下,设计的中波红外成像系统的信噪比、对比度分别降低到原来三分之一左右,而整个红外成像系统NETD值由原来的约52 mK上升到了954 mK. 本文提出的窗口热辐射分析方法可以有效估计窗口热辐射对中波红外成像的影响,设计的实验对成像系统的指标验证有较好的用途,同时对红外成像系统波段细化优选和成像参数调整,降低图像退化程度,都有着重要的指导意义.

English Abstract

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