光子晶体薄膜可见光-红外光谱设计及其辐射特性分析

为分析光子晶体薄膜可见光、红外光谱与红外辐射关联特性,设计了可见光反射率不同、红外发射率相同的3种Ge/ZnS体系光子晶体薄膜。通过红外辐射特性仿真,讨论了3种薄膜分别处于真空环境和大气环境中太阳光照对薄膜红外辐射特性的影响规律。仿真结果表明,在存在太阳光照的前提下,可见光反射率不同会导致3种薄膜表面温度出现差异;对于红外辐射而言,针对3~5μm波段,高反射表面处于低温状态下会反射太阳辐射,对红外低可探测造成负面影响;针对8~14μm波段,当红外发射率足够低时,3种薄膜的红外辐射出射度较为接近。制备的样品反射光谱、长波红外热像测试结果表现出与仿真的一致性,验证了3种薄膜的红外低可探测效果。研究结果有助于认知光子晶体薄膜的可见光、红外光谱及其红外辐射关联特性,并为兼容雷达波的可见光、红外低可探测材料光谱设计和应用方案提供参考。

地震红外长波辐射的短期预测指标研究

卫星红外遥感技术在地震预测研究中的应用已受到人们的广泛关注。然而，如何能够在震前及时准确地识别出红外异常，从而对可能的地震活动做出有效的短期或短临预测，是目前迫切需要解决的关键技术难题。据此提出了开展区域性短期预测指标研究的思路，即对某一确定地区，结合地震活动开展红外信息的短期及短临预测指标研究。本文以川滇地区为例，通过大量的震例分析和总结，提出了与区域地震活动密切相关的红外短期异常判识指标，这一成果的获取对于有效开展地震的短期预测、实现防震减灾实效具有重要的现实意义和应用前景。

FY-3C/可见光红外扫描辐射计中红外通道太阳污染的识别和修正

基于风云-3C/可见光红外扫描辐射计（FY-3/CVIRR）的中红外通道（3.7μm）的太阳污染现象和发生规律,分析了太阳污染出现的时空特征,提出了初步判识并修正北半球太阳污染数据的方法,并就太阳污染对定标系数和黑体亮温的影响做了定量的评估。结果表明,对于FY-3C/VIRR的中红外通道,太阳光线照射到定标黑体时所形成的北半球高纬度太阳污染主要出现在太阳天顶角在85°~118°之间的位置时;由太阳污染导致的该区域地球观测亮温日平均偏差为4.5K左右,最大偏差达到15K左右。通过对逐日太阳污染数据进行识别,并采用污染前后定标系数进行线性求差值,可以初步修正太阳污染对定标系数带来的异常影响。

长波红外高光谱成像光谱仪的辐射定标

红外辐射定标是红外遥感信息定量化的关键技术,对所测光谱进行定标是定量分析中的重要环节。采用自行研制长波红外高光谱成像光谱仪原理实验装置(简称CHIPED-I)进行验证,用黑体对实验装置进行了两点线性定标,将测量的相对强度转化成目标的绝对辐射亮度谱,采用亮温法算出标定后的亮温光谱。结果表明,这种辐射定标方法用于长波红外高光谱成像光谱仪方法可行,这对进一步分析大气透过率和反演大气中红外活性气体浓度具有实际意义。

基于可见光红外成像辐射仪数据的地表温度反演

地表温度是农业旱灾和作物估产模型的重要参数。该文针对可见光红外成像辐射仪(visible infrared imager radiometer suite,VIIRS)传感器缺乏水汽通道的特点,联合Aqua卫星搭载的中分辨率成像光谱仪(moderate-resolution imaging spectroradiometer,MODIS)数据提出了基于分裂窗算法的VIIRS地表温度反演方法。对地表发射率和大气透过率这2个关键参数的获取进行了详细分析,选取了处于作物生长期的2013年6月4日VIIRS数据进行实例验证分析。结果表明,与全国气象数据比较该文算法在大尺度上能够较好地获取中国地表温度;与MODIS数据温度产品在高温产粮区比较,该文算法与MODIS温度产品精度较一致,两者差值小于1 K。使用MODTRAN(moderate resolution transmission)软件对算法的精度进行了模拟评价验证,分析表明:在一定的水汽和地表发射率条件下,算法反演精度一般保持在1 K内,平均误差为0.431 K,误差标准偏差为0.247 K。能够为农业干旱、作物长势等农情信息监测提供所需的地表温度数据。

基于低温辐射计的长波红外绝对光谱响应率测量

长波红外光谱(8~14μm)是介于中红外和太赫兹波之间的重要电磁辐射,对应着地球表面常温目标物体的光谱辐射波段和地球"第三大气窗口",相对于短波和中波光谱辐射,长波红外辐射受大气散射影响较小。因此,长波红外光电探测器在红外光谱成像、红外侦察、光谱探测等领域得到广泛使用。绝对光谱响应率作为表征探测器响应能力的主要参数之一,对其高精度标定的需求亟待解决。现在传统方法,即基于标准辐射源的定标方法已无法满足诸多高精度绝对光谱响应率的应用需求。目前,国内还没有建立基于激光光源和低温辐射计的长波红外绝对光谱响应率校准装置,主要原因是缺少光功率稳定、光束质量高的激光光源,以及性能稳定的长波红外传递标准探测器。针对此问题,开展了以激光为光源,以低温辐射计为光功率测量基准的长波红外绝对光谱响应率量值溯源技术研究。课题组选用可调谐CO2稳频激光器作为光源,以低温辐射计作为光功率测量基准;采用CdTe晶体电光调制器搭建了激光功率稳定控制系统;根据光束传输理论,搭建长波红外空间滤波器以优化光束质量;采用积分球与HgCdTe探测器组合,研制了性能稳定可靠的标准传递探测器,建立了长波红外探测器绝对光谱响应率高准确度校准装置,实现长波红外光谱范围(9.2~10.8μm)探测器绝对光谱响应率的高准确度校准测量。选择可调谐激光器输出的波长值9.62和10.60μm分别对积分球型HgCdTe探测器进行了测量。实验结果表明,(1)利用低温辐射计准确测量光功率,光功率测量不确定度优于0.30%~0.42%(k=2);(2)探测器绝对光谱响应率测量不确定度优于0.80%~1.02%(k=2),其他波长点可参考分析。该工作实现了基于激光光源的长波红外探测器绝对光谱响应率的高准确度校准。

光纤面阵可见光吸收/红外辐射性能实验研究

介绍了一种用于红外动态场景生成的新型可见光/红外图像转换器芯片.采用离子刻蚀工艺制作芯片的吸收辐射膜,其可见光波段吸收率可以达到98.5%以上,3～5μm波段的红外发射率可以达到0.73,8～12μm波段的发射率达到0.82.测试证明,此吸收辐射膜完全满足红外图像转换芯片的应用要求.

FY-3气象卫星可见光红外扫描辐射计冷空间基准采样区观测到月球后的现象

FY-3气象卫星可见光红外扫描辐射计(VIRR)冷空间基准采样区在特定时刻观测到月球,使该时刻遥感图像出现地球区信号码值减小甚至无码值的条带状异常区域,对遥感数据产生影响。根据VIRR轨道运行特点、在轨工作模式和冷空间数据采样机理,分析了VIRR冷空间采样区观测到月球并影响遥感数据的原因,阐述了VIRR扫描镜像旋转引起冷空间采样时月球图像通道间配准错位的机理,通过卫星轨道仿真计算了一年周期内出现此种现象的时间及规律,对受影响的遥感数据提出了处理建议,对数据修正作了初步尝试并对数据修正的可能性作了分析。

基于天基定量实测数据的月球长波红外辐射特性研究

月球是理想的在轨辐射定标源,为提高卫星等在轨航空器的长波红外辐射测量精度,本文开展了月球长波红外辐射特性研究。通过分析月球辐射来源类型、辐射探测机理和建立辐射探测模型,探寻点目标/圆盘目标模式下月球的长波红外辐射规律,并依据天基实测数据计算其定标应用精度。首先,从月球自身辐射和反射太阳辐射两方面研究月球辐射,精确拟合月表温度,建立月球红外辐射模型,仿真两部分天基卫星辐射探测结果与月相角的数学关系;其次,对卫星红外载荷进行地面辐射定标,获得图像灰度-辐照度之间转换的关键参数,进而建立了月球长波红外辐射探测模型;最后,通过“吉林一号”对月拍摄实测数据,反演计算了探测模型中月表的反射率和发射率。实验结果表明:本文所得的月表长波红外辐射特性结果准确、鲁棒性高,与Apollo 12070实验室测量结果、Diviner实测数据拟合结果相比,月球发射率和反射率的误差分别约为7.18%和5.71%。

高层大气环境对长波红外背景辐射特性的影响分析

高层大气长波红外背景辐射特性是目标识别和红外辐射特性测量的重要研究课题。根据NRLMSIS-00大气经验模型,分析了高层大气温度和气体浓度对红外辐射的影响。利用高层大气辐射传输模式SHARC,在6～15μm波段对不同观测位置和大气模式条件下的高层大气背景辐射进行了数值计算和理论分析。结果表明,高层大气长波红外辐射会随临边切线高度的增加而减弱,随倾斜观测天顶角的增加而增强,随太阳天顶角的增加而减弱。曙暮光和极光对高层大气长波红外辐射具有重要的增强作用,而且高层大气长波红外辐射存在纬度和季节变化特性。高层大气环境对长波红外背景辐射的影响分析结果可供空间目标探测和卫星红外遥感等工程参考。

ACGIH的可见光和近红外辐射的TLVs

为配合《中华人民共和国职业病防治法》的贯彻实施,2002年卫生部制定并发布了《工作场所有害因素职业接触限值》(GBZ2),该标准主要参考了美国政府工业卫生师协会(ACGIH)的相关概念。GBZ2在应用过程中凸显了一些问题,为此,于2004年开始进行修订。在修订过程中,又系统参阅了ACGIH的有关标准和文件。现相关研究人员整理出若干篇文章,本刊将集中发表,希望能够有助于我国职业卫生标准的应用和进一步完善。

长波红外探测器接收的冷屏内壁辐射估算

长波红外相机中的背景辐射来源于多个系统部件,其中包括实际工程忽略的冷屏内壁.通过对冷屏和探测器的建模,在冷屏内壁发黑情况下对辐射量级进行估算,并考虑一次反射的情况,得出在相关假设条件下探测器中心单元接收到的冷屏背景辐射功率估算值,为工程中的忽略做法提供一个定量依据,同时为进行其他类似的背景辐射的估算提供一个算法参考.

利用长波红外辐射实现能量转换的理论研究

常温地球红外能量巨大,但因其频段带宽宽、强度低且易传导,无法得到有效利用。将带宽较宽的地球常温红外辐射(8~15μm),转换为带宽相对比较窄(9.56~10.02μm)、温度相对稳定的水媒介质所储存的能量,水媒介质经过毛细管网向外辐射红外长波,再通过长波天线接收实现能量的转换。结果表明水媒介质单位时间内流过单位面积毛细管网的辐射能量及能量密度巨大.计算了长波接收天线及天线阵重要参数。如果以16℃水媒介质考虑,可实现毛细管网红外辐射能转换率达94%。

空间目标红外辐射和可见光反射特征的控制技术

为了实现对空间目标红外辐射及可见光反射特征的控制,提出了将低温真空多层绝热薄膜结构应用于空间目标红外辐射控制的方法及多面体结构镜面表面设计方法.通过对模型进行分析及计算,利用低温真空多层绝热薄膜结构可极大幅度地降低空间目标的红外辐射通量,减小被探测概率;利用多面体结构镜面表面设计方法可控制空间目标表面的可见光反射特征,减小其被可见光探测器探测的概率.实验结果表明,将两种方法综合应用于空间目标光谱辐射特征控制技术中,可有效控制目标的红外及可见光光谱辐射特征,提高目标的空间对抗能力.

红外与可见光双模导引头光学系统设计

为了提升导弹在复杂环境下的寻的制导能力,设计了一种红外与可见光双模式导引头光学系统。该方案中采用分光镜透射红外光反射可见光,使结构布局更加紧凑,实现红外与可见光共口径,同时配合红外材料选取,实现光学被动消热差设计。中红外模式视场角3°×2.3°,可见光模式视场角5°×4°,工作温度20℃条件下,双模式在截止频率处,MTF(Modulation Transfer Function)值均大于0.4。红外与可见光双模式光学系统适合应用于复杂环境的导弹制导,对温度有良好的适应性,具有较好的成像质量,满足系统的性能要求。

陆基长波红外辐射测量技术研究

红外辐射特性是导弹突防性能评估的重要指标,而红外辐射测量则是导弹预警和识别的主要手段,红外辐射特性测量的研究具有较大的军事应用价值.本文通过对目标的红外辐射特性及大气衰减的理论分析,探讨了提高陆基长波红外辐射探测能力的技术途径.

基于长波红外成像系统的红外辐射特性测量方法

地基红外成像系统是靶场领域实现目标跟踪、实况记录成像的重要成像设备之一。配有高性能红外辐射定标系统的地基长波红外成像系统,可对低温以及常温目标实现高精度辐射特性测量。通过建立制冷型红外辐射特性测量系统的辐射测量模型,在7.7~9.3 m长波波段利用某光学口径为600mm的长波红外辐射测量系统实现了对目标的高精度测量。实验结果表明,辐射测量的精度为16.81%,能满足靶场对高精度辐射测量的要求。

中长波红外辐射模拟的等效性研究与应用

红外波段成像探测是武器装备的重要应用波段,红外辐射模拟已经成为重要研究课题之一。以中长波红外波段告警和跟踪探测等红外传感设备的功能检测和试验为背景,探讨了红外辐射目标模拟的等效性问题。根据中长波红外波段告警、跟踪设备的使用要求,对目标红外辐射的近距离等效性进行了分析和计算。对红外辐射体的特殊设计与研制进行了探讨,提出红外辐射体应满足高温度、大红外辐射口径、高红外发射率、高温度控制精度等方面的要求。介绍了辐射窗口几何尺寸可变设计,通过更换插片式光阑限定辐射窗口几何尺寸的设计思想。从而实现了中长波红外辐射目标模拟,满足中长波红外波段告警和跟踪探测设备的性能检测和试验等工程应用的需要。

地震红外长波辐射短期异常特征分析

利用NOAA卫星资料反演的地震长波辐射值OLR对黑龙江及其周边2003年以来8次中强地震进行了追踪研究。结果显示,震前2个月左右OLR场值存在明显的高值异常区,未来震中距离高值区中心点250km(优势距离为160km)。该方法对黑龙江及其周边4级以上地震短期判定可能具有一定的指示价值,也为利用卫星遥感技术预测未来可能发震区域并及时做出短期预测预警提供了新途径。