临边/深空背景探测系统地球杂散辐射建模分析

为评估地球杂散辐射对地球临边、深空背景探测类空间光学遥感器成像的影响,指导遥感器杂光抑制设计,对地球杂散辐射进行了建模分析。基于辐射学理论,建立了地表球冠杂散辐射模型,给出了卫星任意位置时对其光学载荷杂光有贡献的地表球冠区域,并采用区域网格化,小面元积分的方法求解地球总的杂散辐射。小面元的辐射能量包括透过大气的地物能量、大气自发辐射能量、大气对太阳辐射的后向散射能量,为准确表征,根据卫星参数建立了小面元的经纬度模型、太阳矢量模型来计算其太阳照射几何,结合卫星观测几何、地表参数、大气参数等,通过大气辐射传输模型仿真求得。以某空间遥感器可见光及长波红外谱段为例,从星下点位置、时间、载荷视轴指向等各维度进行了地球杂散辐射仿真分析。

托卡马克混合运行模式下电子回旋波杂散辐射数值模拟

电子回旋波(EC波)在等离子体加热与电流驱动过程中未被等离子体完全吸收时将会产生杂散辐射。在HL-2M托卡马克三种混合运行模式参数条件下,利用TORAY-GA程序扫描105GHz EC波中平面发射时的环向和极向发射角,以EC波功率吸收份额η>η_(c)(η_(c)=95%)作为判断能有效避免杂散辐射的标准,开展EC波功率吸收数值模拟。研究发现发射角是影响EC波不完全吸收造成杂散辐射的关键因素之一。在n_(e1)=4.6×10^(19)m^(−3)、T_(e1)=7.41keV、I_(p1)=1MA和n_(e2)=5×10^(19)m^(−3)、T_(e2)=6.95keV、I_(p2)=1MA的参数条件下,能够有效避免杂散辐射的EC波发射角超过设计范围,在设计发射角范围内调节EC波发射角进行加热和电流驱动时可以忽略杂散辐射的影响。当参数为n_(e3)=6.5×10^(19)m^(−3)、T_(e3)=6.62keV、I_(p3)=0.95MA,设计发射角度范围中有一大部分会使得EC波有非常低的波功率吸收份额,需要特别注意杂散辐射。除发射角度外,电子密度是影响杂散辐射的另一个关键因素,电子温度影响非常小,可以忽略不计。

红外辐射测量系统内部杂散辐射建模与仿真

杂散辐射是影响光学系统性能的重要因素,对于红外光学系统,除了外部杂散辐射,还须考虑系统自身结构产生的内部杂散辐射。为提高红外辐射计内部杂散辐射分析的精度,建立了1种基于复合蒙特卡洛法的内部杂散辐射数学模型。首先,将红外辐射计的内部杂散辐射源根据位置分为2部分:遮光罩入瞳处的热辐射和辐射计内部光学元件、机械部分所发出的热辐射。对于遮光罩入瞳处和辐射计内部光机元件发出的杂散辐射,分别采用正向蒙特卡洛法和反向蒙特卡洛法进行追踪,得到探测器接收面入瞳处的杂散辐射辐照度分布,进而分析不同位置的发射源对接收面入瞳处的杂散辐射贡献。最后,与直接模拟仿真结果进行对比。实验结果表明,在追迹光线数相等的情况下,该方法的精度更高。仿真结果体现了红外辐射计各部分杂散辐射对探测器入瞳面接收到的杂散辐射造成的影响,对后期开展内部杂散辐射抑制提供了方向。

光学系统中杂散辐射的分析

给出了一种可以用微机进行杂散辐射分析的简化的区域法杂散辐射分析法．

空间光学系统中杂散辐射计算的蒙特卡洛方法验证

针对某一空间光学系统中由于太阳光所引起的杂散辐射，用蒙特卡洛方法（Ｍｏｎｔｅ—Ｃａｒｌｏ）计算了其进入比例数量级。通过与角系数法（确定性算法）的计算结果相比较，验证了用蒙特卡洛法计算此类问题时所建立或采用的有关模型及计算方法的正确和灵活性．

非均匀性校正在红外杂散辐射抑制中的应用

红外系统中常规的光机设计尚无法完全抑制杂散辐射,其残余的杂散辐射还可能引起图像异常。通过分析红外探测器非均匀性产生的原因,提出运用非均匀性校正的方法抑制红外杂散辐射,并给出了用两点温度标定法抑制杂散辐射的理论依据。对某型三档中波红外变焦系统进行了杂散辐射分析,TracePro红外辐射仿真分析表明:系统中残余的杂散辐射主要源自变焦过程中镜片移动引起的冷反射变化,两点温度校正后红外图像的非均匀性由0.066%降低到0.027%,成功消除了视场中的阴影,得到了满意的红外图像。实验结果证明,该方法能有效改善红外系统中残余杂散辐射引起的图像异常。

红外焦平面杜瓦冷屏挡光环杂散辐射的抑制

从光学设计的角度出发,介绍了冷屏杂散辐射抑制的基本原理。基于几何光学的基本原理,应用ASAP软件的计算机仿真模拟手段进行实际的光学系统建模,在现有冷屏设计的基础上,仿真具有不同挡光环个数和不同开孔形状的挡光环的冷屏,分析筛选杂散辐射抑制效果最好的冷屏,在尽量减轻重量、减小体积的前提下,获得尽可能好的消杂散辐射效果。

星载多波段红外光学系统的杂散辐射分析

引入反向蒙特卡罗法与双向蒙特卡罗法对红外光学系统的杂散辐射进行分析,基于光谱辐射传递因子导出了焦平面辐射能流计算式.以某星载多波段红外光学系统为例,在检验计算可靠性的基础上,模拟了各波段辐射能从地球背景和光机内壁面到焦平面的传播过程,分析了壁面吸收率与温度的影响.结果表明,采用双向蒙特卡罗法可有效地模拟辐射能从地球向星载光学系统焦平面的传播过程,采用反向蒙特卡罗法可容易地分析光机内部热辐射的影响;光机内壁面吸收率对视场外杂散辐射的传播有很大影响,温度高于250K的光机内壁面热辐射成为主要的杂散光源.

制冷型红外光学系统温栏杂散辐射分析及消除方法

在致冷型红外光学系统中加入温栏会引入杂散辐射。杂散辐射包括温栏自身的辐射及对外部热光的反射。这两种辐射进入探测器后,会降低系统的信噪比和动态范围,影响成像质量。基于辐射及传热理论,提出温栏杂散辐射所引起噪声等效温差的计算模型,并研究了消除温栏杂散辐射的方法。用LIGHT TOOLS进行了光线追迹,对比分析了传统平面环状温栏和球面反射镜型温栏的杂散辐射,验证了理论推导的正确性和消除方法的可行性。结果表明,采用半径为30.3mm的高反射率球型温栏代替原设计中的粗糙平面型温栏,控制其曲率半径和位置,可使由温栏引入的杂散辐射降低99%以上。

国家同步辐射实验室环境杂散辐射场及其监测系统

本文主要介绍了国家同步辐射实验室环境杂散辐射场的特点及其监测的方法和结果，并介绍了监测系统的最新改进。

热红外光谱仪系统的内部杂散辐射定标与测量技术

提出了一种热红外光谱仪系统内部杂散辐射的测量方法,该方法基于探测器和热红外光谱仪系统的辐射定标.通过分别单独标定探测器对黑体辐射能量的全谱段输出响应曲线和光谱仪系统对黑体辐射能量分光后单一光谱通道的输出响应曲线,从而定量得出光谱仪的内部杂散辐射灰度值及辐射通量值且能计算出不同积分时间和光机温度时内部杂散辐射的灰度值及辐射通量.采用该方法对现有光谱仪内部杂散辐射进行了实验测量,并进行了对比实验,结果表明,对比实验值与理论预测值误差偏离小于1%.该方法可操作性高,可用于测量热红外光谱仪内部杂散辐射在总输出DN值中的占比、预测光谱仪制冷对内部杂散辐射的影响、测量其他内部杂散辐射抑制手段的效果等.

冷屏黑层抑制杂散辐射分析研究

通过对冷屏抑制杂散辐射原理的分析,得出测量冷屏内表面的反射是研究工作的切入点,从而从基本能量传递方程中确定表征冷屏内表面黑层特性的BRDF。通过对2.5～14μm冷屏黑层BRDF的测试,发现在接收角度变小的情况下,黑层BRDF出现较大的变化,确定了下一步改进的方向。

弱小目标红外探测系统的杂散辐射分析

杂散辐射是指到达红外探测系统靶面的非目标成像的辐射能量。杂散辐射经过光电器件后增加了系统的噪声,降低了系统的输出信噪比,影响到红外探测系统对目标的探测能力。为了提高红外探测系统对空间弱小目标的探测能力,分析了红外探测系统的杂散辐射来源;推导了不同地理纬度、不同时刻下的红外探测系统太阳辐射入射角计算公式;分别计算了红外探测系统的太阳辐射、天空背景、热辐射噪声等效电子数;比较了杂散辐射噪声和探测器的固有噪声,分析了红外探测系统的最小噪声极限,得出地基红外探测系统的背景噪声决定了系统的探测极限。

空间光学系统的红外杂散辐射抑制特性

空间光学系统自身的红外波段杂散辐射,是影响探测元面成像质量的一个重要因素。文章分析了导致探测元面上红外辐射能变化的相关因素。以柱状遮光筒为计算模型,引入了红外杂散辐射传递函数IRTF这一无量纲参数来表征、分析柱状遮光筒的红外杂散辐射抑制特性。采用蒙特卡罗法模拟遮光筒中红外波段杂散辐射传递过程,分析了长径比χ、壁面红外发射率εw、壁面相对黑体辐射参数γw对遮光筒IRTF的影响;讨论了遮光筒抑制能力对入射杂散辐射方向的选择性。

目标光源差异对阵列式光谱辐射计测量的影响及紫外杂散辐射修正研究

应对气候变化预测与灾害天气防范等科学难题,空间观测领域提出高精度的光谱辐射度定标需求。阵列式光谱辐射计存在内部结构缺陷和光学元器件不理想等问题,导致杂散辐射,严重影响光谱辐射度测量结果的准确性。测量多种典型阵列式光谱辐射计的杂散辐射特性,考虑外场目标光源与实验室定标光源不一致对杂散辐射修正的影响,分别基于带通滤光片和可调谐激光器研究紫外杂散辐射修正方法。首先,利用不同光谱透过率的带通滤光片,测量可见及红外光谱辐射引起的紫外杂散信号。针对杂散辐射分布特点,建立数学修正模型,实现高效快捷的杂散辐射修正。地基验证场的光谱辐射亮度测量结果修正后,紫外杂散辐射信号显著降低。对于连续分布的宽谱段光源,带通滤光片修正法具有实验简便易行、测试过程高效等优点。然而,实现非连续分布或窄带光源的高精度杂散辐射修正存在困难。为此,建立基于可调谐激光器的杂散辐射测量系统,解决了各个像素点杂散辐射线扩展函数的测量难题。改变可调谐激光器的输出波长,精细化测量各个像素点的杂散辐射线扩展函数,再推导出杂散辐射信号分布函数,通过MATLAB软件将矩阵反演运算,得到各像素点的杂散辐射修正结果,实现杂散辐射的高精度修正。利用不同类型的阵列式光谱辐射计验证了该修正方法,对于非连续分布的窄带光源,测量结果修正后杂散辐射信号降低了一个数量级,并且谱线两边的杂散宽峰显著消除,大幅降低了紫外波段的测量偏差。针对不同光谱分布的光源,建立了两种优势互补的杂散辐射修正方法,有效改善了阵列式光谱辐射计的紫外测量结果偏差,进一步确保我国地球观测数据的准确性和国际等效互认。

红外焦平面探测器杜瓦组件杂散辐射研究

在对红外焦平面探测器杜瓦组件杂散辐射分析的过程中,建立了分析模型,通过对模型进行光线追迹,找到了窗片、滤光片、冷屏、探测器芯片的反射是产生杂散辐射的原因。针对这些原因,采取了相应抑制杂散辐射的方式,包括通过镀膜降低窗片、滤光片反射率,通过发黑、设计多层隔板来提高冷屏的吸收能力,通过在探测器芯片上制作可靠性高的微纳结构来降低表面反射率等,起到了较好的效果。

红外系统中杂散辐射的抑制方法

本文介绍了红外杂光的消除方法,如常用的采用光栏、挡光环、消杂光涂料以及红外系统中所特有的温拦和冷栏匹配消杂光的方法,并论述了消杂光技术的发展。

利用蒙特卡洛法分析红外光学系统的杂散辐射

介绍了杂散辐射的概念及其对光学系统成像质量的影响。以一透视式红外系统为例,通过对系统的光机结构的合理简化,利用杂散辐射分析软件Light tools中已有的蒙特卡洛分析方法,对已建立的红外系统光机结构的三维模型进行光线追迹分析,得到了系统像面的照度分布结果。同时,基于辐射度学相关理论对该系统中各结构表面的热辐射进行了定量计算,分析了结构中不同组成部分对系统像面的杂散辐射影响,提出本文系统中前镜框内表面为主要杂散辐射源。针对分析结果,探讨了红外系统的杂散辐射抑制方法,提出的方法可为后续设计提供参考。

复合光学系统杂散辐射分析及抑制

以双谱段光谱仪为例,针对前端为卡塞格林结构形式的复合光学系统,设计了一种杂散辐射抑制装置。该装置含有外遮光罩1、外遮光罩2和2个内遮光罩,其中外遮光罩2有效地阻挡了直接进入光学系统的外杂散光。该装置可抑制各谱段的杂散辐射,其中可见光支路杂散辐射抑制后的杂光PST与信号光PST相差7～8个数量级,近红外支路杂散辐射抑制后的杂光PST与信号光PST相差5～6个数量级。该装置可提高光谱仪工作时段,性能稳定有效,且系统图像不受杂散光影响。

医用电子直线加速器治疗室内的杂散辐射剂量

用Ｆａｒｍｅｒ剂量仪测量了３种类型６台医用电子直线加速器在放射治疗室内的杂散辐射剂量。结果可见，Ｘ射线能量在６、８、１８ＭＶ时，治疗室内杂散辐射剂量水平是不高的。在受照体（病人）平面内，距等中心１ｍ处的杂散辐射剂量不超过有用束在等中心的剂量的千分之一，随着到等中心距离的增加，杂散辐射剂量变化服从经典的距离平方反比定律。若用此关系式估算杂散辐射剂量水平，估算值与测量值符合相当好，一般相差在３０％之内，最大不超过２倍。