基于变焦双波段设计的便携式红外目标模拟器

随着红外成像设备在军用和民用领域的大量应用,如何快速一致地判断红外成像设备的技术状态并分析和排除故障变得越来越迫切。提出一种基于变焦双波段的便携式红外目标模拟器,通过高精度黑体(-10~260℃温度可调、精度优于0.01℃)、卡片插拔式靶标、3倍连续变焦双波段投影结构设计来满足红外成像设备中波、长波及不同目标的检测需求。相比于其它模拟器,该模拟器兼顾双波段,提高了设备使用范围;可更换靶标、变焦投影有利于兼顾不同红外成像设备不同距离目标的模拟检测需求。从各项检测试验结果来看,该模拟器达到了预期的目标,满足了实用化的模拟检测需求,解决了成本过高的问题。

红外目标模拟器光束不平行度测量与补偿方法研究

为了解决基于折射式光学系统的红外目标模拟器光束不平行度测量难题,提出红外五棱镜结合红外成像探测系统的测量与补偿方法。首先分析红外目标模拟器光束不平行度产生的机理,提出改进的红外不平行度测量方法,以及红外不平行度补偿方法。通过红外五棱镜在一维平移台的运动,将折射式或折反式模拟器光学系统出射红外光束翻转90°并实现光瞳的区域分割,红外焦平面探测器接收并测量运动过程中光点的偏移量,依此推导出红外目标模拟器光束的不平行度。经分析,测量结果满足红外制导仿真试验对光束不平行度1′的指标测试需求,适用于折射式光学系统的红外目标模拟器光束不平行度的现场测试。

红外目标模拟器校准装置构建和校准技术研究

在对传统红外目标模拟器校准装置分析的基础上,结合辐射照度校准理论、方法和误差来源三方面,构建了红外目标模拟器校准装置,开展了辐照度测量系统内部杂散辐射建模仿真和抑制的研究、红外大气传输修正方法的研究和测试结果数据拟合算法的研究,分别提出了基于复合蒙特卡洛法的内部杂散辐射数学模型、基于编码器-解码器结构的卷积神经网络红外辐射大气传输校准算法和基于粒子群优化的极限学习机算法,并在实验室条件下进行了辐照度计量校准实验;分别验证了在追迹光线数相等的情况下复合蒙特卡洛法的精度更高,复合蒙特卡洛法标准偏差为6.194 0×10^(-8),平均误差为0.192 93,且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;基于编码器-解码器结构的卷积神经网络算法能够较好的预测大气透过率和大气程辐射,在3个波段下的平均误差为3.078 3%,3.818 6%,5.345 2%,低于传统方法,降低了大气透过率和大气程辐射的影响;通过与GA-ELM模型、ELM模型进行对,验证了与传统数据拟合方法相比,基于PSO-ELM的方法在1~3μm、3~5μm、8~14μm三个波段下的拟合精度都有所提高,决定系数分别为0.992 5、0.991 3、0.981 4,平均相对误差分别为0.124 2%、0.715 7%、0.747 1%有效提高了红外辐射测量准确度。

标准红外目标模拟器辐照度验证

红外目标模拟器广泛应用于红外技术上。为了能对红外目标模拟器进行校准 ,采用了标准红外目标模拟器。从保证红外辐射量值的准确性和有效传递出发 ,有必要对标准红外目标模拟器的输出辐照度进行验证。文中给出了验证方法和实验结果 。

外场用红外目标模拟器辐射特性测量研究

野外便携式红外目标模拟器作为红外目标辐射源,广泛应用于各军兵种武器装备的效能测试评估中。针对外场模拟辐射源不能精确标定的问题,采用标准面源黑体和红外傅里叶光谱辐射计相结合标定的方法,对红外模拟器特定温度下的光谱辐亮度进行测量,计算出感兴趣波段的积分辐亮度,根据模拟器辐射面积给出用户需要的模拟器各设定温度下的辐射强度。分析计算表明:计算出的感兴趣波段的积分辐亮度值和理论曲线相比较,取得了良好的一致性,间接验证了该方法的正确性。

消热差的红外目标模拟器投影光学系统设计

基于数字微镜器件(DMD),创新性地设计了一个长出瞳距、大出瞳口径、消热差的红外目标模拟器投影光学系统。该光学系统的出瞳距为1 000 mm,出瞳口径为120 mm,畸变小于1%.为了模拟-40℃目标,整个系统需工作在制冷环境中,因此对光学系统进行了无热化设计。投影物镜的设计采用了3种材料和4片透镜,在-40℃～20℃的范围内,系统最大离焦量小于系统焦深。分析表明,系统各视场调制传递函数(MTF)在16 lp/mm处均优于0.4,弥散班也小于DMD微反射镜的尺寸,畸变小于1%.在满足长出瞳距的同时具有良好的热稳定性。

基于DMD的红外目标模拟器分光系统设计

基于DMD(数字微镜阵列)的红外目标模拟器是利用DMD反射调制入射的红外辐射,在实验室内模拟真实目标和背景的红外成像,对红外探测和传感设备进行性能测试和评估。介绍了基于DMD的红外目标模拟器的整体结构,阐述了DMD的工作原理,分析了分光系统的设计思想。为了解决照明系统和投影系统结构容易发生重叠的问题,设计了分光棱镜将DMD的照明光束和由DMD反射的投影光束分离开,并用ZEMAX对分光棱镜进行了优化和模拟,设计结果符合使用要求。

点源红外目标模拟器测量数学模型

用数学公式分析从黑体入射光阑到红外光谱辐射计中探测器的有效响应面及红外辐射的传输过程 (包括入射角的余弦值、辐射源的立体角、红外光谱辐射计中的入射光阑口径、光学镜的光谱反射率、大气传输比等因素 )对光谱辐射传输的影响。建立适用的目标模拟器测量数学模型。

红外目标模拟器校准系统的研制与应用

采用标准辐射和红外目标模拟器的辐射交替折转进入红外光谱辐射计的方法 ,研制的红外目标模拟器校准系统可以对红外目标模拟器进行直接校准 .该系统由标准准直辐射源 ,光束偏转装置和红外光谱辐射计组成 .标准准直辐射源由工作温度为 5 0℃～ 10 5 0℃的标准黑体和口径 30 0mm的离轴抛物面作主镜的准直光管组成 .光束偏转装置由口径 4 6 5mm的反射镜和定位精度 5″的转台组成 .红外光谱辐射计采用圆形渐变滤光片CVF对入射的辐射分光 ,3个光谱工作区间为 1μm～ 3μm ,3μm～ 5 μm和 8μm～ 14 μm .3个区间的测试数据显示了最小可校准的光谱辐照度低于 10 -11W/cm2 ,系统的相对标准不确定度为 2 % .

红外目标模拟器辐射校准方法的研究

在利用红外目标模拟器对红外成像系统进行性能检测和定标之前，需要先对其输出的有效辐射进行校准，而现有的辐射校准方法没有考虑到红外目标模拟器自身光机结构所产生的背景辐射。建立了考虑到红外目标模拟器背景辐射的辐射校准模型，可同时确定红外目标模拟器中平行光管的透过率和背景辐射，并据此得到红外目标模拟器的有效辐亮度。分析了该校准方法的不确定度，在3．7～4．8μm、8～9．2μm波段分别为4．2％、3．5％。最后，利用中波和长波红外相机，对由HFY-302B黑体和LPS300离轴平行光管组成的红外目标模拟器在3．7-4．8μm、8～9．2μm波段的有效辐射进行校准实验，给出了辐射校准结果。

红外目标模拟器校准系统研究与分析

文章论述了红外目标模拟器校准系统在航天、航空、国防、军事及国民经济各领域中的重要作用和意义,综述了近年来测量技术的研究发展现状。红外目标模拟器广泛应用于红外技术上。从保证红外辐射量值的准确性和有效传递出发,有必要对红外目标模拟器的输出辐照度进行测量和验证。基于辐射量测量原理,目前红外目标模拟器其测量装置从测量原理上可分为辐射源为标准的测量和以探测器为标准的测量,本文介绍了这两种方法进行测量的原理和装置并简单介绍了作者基于绝对方法的测量系统。进而描述了红外目标模拟器校准系统的应用情况。展望了红外目标模拟器测量技术目前存在的问题及发展趋势。

红外目标模拟器的光谱辐照度校准

红外目标模拟器应当定期进行辐值校准。可以用多种方法校准,主要有光谱辐射计和专用的校准系统。采用辐射计定标后对红外目标模拟器校准,能够在现场进行,具有方便快捷的特点。专门研制的红外目标模拟器校准系统采用了辐射对比的方法,稳定可靠溯源性强。在8μm～14μm的光谱区间,10-10W/cm2/μm的量级上,给出了使用SR 5000红外光谱辐射计和校准系统两种方法的测量结果,并就测试中的一些问题进行了分析。

基于棱镜的红外目标模拟器光学系统研究

针对某型装备测试仿真用中波红外目标模拟器,研制配套透过率高、空间均匀性好、结构紧凑的高性能红外光学系统,以满足模拟器总体设计指标和具体使用需求。根据DMD核心器件红外光调制工作原理,采用了基于TIR(全内反射)棱镜的中继光学子系统,从DMD转动夹角的限制出发,利用光学全反射定理,采用最小的角度空间设计,用一对光学棱镜使照明系统入射的光线与DMD反射的光线分开,在折衍混合式红外成像光学子系统设计匹配下,该光路系统相比反射式光路镜组结构紧凑,相比透射式棱镜方式能量透过率高。在经过光路设计仿真验证的基础上,开展了光学机械设计和研制加工及测试,最终红外光学镜组成功应用到红外目标模拟器研制中,满足了模拟器总体指标体系要求和使用需求,取得了良好效果。

红外目标模拟器动态校准系统光学系统设计

基于红外目标模拟器动态校准系统的应用场景,分析了动态校准系统光学系统的设计特点,指出光学系统应选择折反式二次成像光路结构。基于经典的光学系统无热化原理,以光机材料精密搭配与计算为基础细化了该折反式光学系统的无热化方法,基于该方法设计了F/2、焦距370 mm、工作波段3.7~4.8μm、总长为182 mm的光学系统,光学系统采用512×512、15μm×15μm规格的斯特林制冷式探测器,光学系统在-40~60℃范围内成像质量接近衍射极限。建立了光学系统鬼像和冷反射分析模型,分析结果表明:光学系统杂散光抑制能力较强、性能优异,满足红外目标模拟器动态校准系统在复杂恶劣环境下的使用要求。

面源红外目标模拟器硬件系统设计

面源红外目标模拟器是红外成像导弹导引头性能测试必不可少的部件。通过需求分析,利用PCI技术、FPGA芯片、SRAM芯片和DA芯片搭建了一个硬件驱动系统,用来实现驱动电阻阵列芯片的产生红外辐射的功能,同时对系统中的PCI接口芯片、FPGA芯片、SRAM芯片、DA转换芯片和电阻阵列芯片的选型进行了详细分析,并且对硬件系统涉及的FPGA外围电路、PCI接口电路、SRAM接口电路和DA转换电路进行了设计。

精密转台在红外目标模拟器校准系统上的应用

在红外目标模拟器校准系统上应用精密转台 ,使红外目标模拟器校准系统的布局合理 ,并具有更高的辐射校准准确度。由于用精密转台替换了平移台 ,待校准的红外目标模拟器可以不受体积和型号的限制。精密转台直径为Φ60 0 mm,放置的大平面反射镜口径为Φ 465 mm。对精密转台的重复定位误差 ,可从红外目标模拟器校准系统设定的辐射校准不确定度导出。采用分段比例控制的方法 ,精密转台的定位准确度达到了 5″

红外目标模拟器CIG系统延时误差分析及补偿

研究红外成像制导半实物仿真系统目标模拟器延时误差对制导控制系统仿真的结果置信度影响问题,针对目标红外特性模拟要求,分析了目标模拟器的误差影响因素,提出了误差补偿算法。首先基于红外目标模拟原理,分析了影响仿真精度的主要误差源;然后根据红外CIG延时误差产生机理,分析了延时误差对几何分辨率、角度分辨率、动目标横向位置、动目标径向位置的影响;最后推导了红外CIG系统延时误差补偿算法。仿真结果和测试结果表明,本文方法有效补偿了红外CIG系统延时误差,提高了仿真结果精度,为红外成像制导武器系统优化设计提供了依据。

海上红外目标模拟器远程温度采集系统设计

针对以往海上红外目标模拟器温度采集系统存在的测温精度低、温度采集点少和工作可靠性差等不足,采取了使用数字温度传感器以及增设温度采集点数量等改进措施。结合远距离温度监测的实际需求,提出了以DS18B20作为测量温度传感器,以AT89C52单片机作为核心控制单元,由数传电台组成无线串行接口电路的方法,实现了一种远程温度采集系统。实践证明系统具有测温精度高、性能稳定和投入成本低等优点,改进效果明显。

用于长波红外目标模拟器的DMD衍射特性分析

基于DMD的目标模拟器应用于长波红外波段(8~12μm)时,DMD的衍射效应对系统的成像对比度造成较大影响。为使系统获得高对比度的红外图像,需要对DMD的衍射特性进行分析。首先根据DMD的结构和工作原理,将DMD等效为一特殊的二维闪耀光栅,并利用光栅衍射理论和傅里叶变换,推导出DMD二维光栅衍射模型;然后利用MATLAB对DMD在8~12μm波段的衍射模型进行仿真计算;最后对仿真结果进行了实验验证。通过仿真计算和实验分析得出结论:基于DMD的目标模拟器应用于长波红外波段时,照明光束需要选取合适的入射角;当入射空间方位角为0°,入射天顶角为44~48°时,目标模拟器生成的红外图像对比度达到最佳,系统成像质量最好。

基于DMD的红外目标模拟器偏振分光系统

数字微镜器件(Digital Micromirror Device,DMD)由于具有高帧频、高空间分辨率、高温度分辨率以及大动态范围等特点,成为红外景象生成最常用器件。为避免红外目标模拟器光学系统中照明系统与投影系统相互遮挡和碰撞,需要在系统中加入分光棱镜,而普通分光棱镜具有光能利用率低的缺点。为解决这一问题,提高红外目标模拟器光能效率,从物理光学基本理论出发,提出了一种基于偏振原理的分光方法并设计了偏振棱镜,大大提高了系统的光能利用率,得到了满意结果。