第40卷第7期2010年7月激光与红外LASER&INFRAREDVo1.40.No.7July,2010文章编号:1001-5078(2010)07-0716434红外成像系统作用距离计算安成斌,张熙宁,陈盈,殷金坚(华北光电技术研究所,北京100015)·红外技术·摘要:分析了红外成像系统的几个主要性能参数。根据大气环境条件、目标几何形状以及目标和背景热辐射特征,进行了必要的修正,完成了不同探测及识别要求时系统的作用距离计算。计算可根据理论模型或实验室实测数据进行,并适用于点目标和面目标。关键词:红外成像系统;作用距离;目标;背景中图分类号:TN216文献标识码:ACalculationoffunctionrangeofinfraredimagingsystemANCheng—bin,ZHANGXi—ning,CHENYing,YINJin-jian(NoahChinaResearchInstituteofElectro-optics,Beijing100015,China)Abstract:ItanalyzedsomemajorperformanceparametersoftheIRimagingsystem.Basedontheatmosphereeondi—tions,thetargetgeometricshapeandthethermalradiantcharacteristicsofthetargetsandbackgrounds,withtheneces-sarycorrection,thesystemfunctionrangeundertherequestsofdiferentdetectionandrecognitionwascalculated.Thecalculationcanbeaccomplishedaccordingtothetheoreticalmodelortheexperimentaldatafromlab,anditcanbeusedforspottargetsandcovertargets.Keywords:infraredimagingsystem;functionrange;target;background1引言随着微电子技术的飞跃发展,红外探测器的研制水平在不断提高,热成像技术在探测器研制工艺不断成熟的基础上,从采用单元探测器加二维光机扫描、多元线阵探测器加一维光机扫描,发展到不需光机扫描的“凝视”型红外热成像系统,在军事上广泛应用于空间防御、火控、昼夜观察、成像制导等领域。由于目标、背景和环境特征的复杂多变性,如何准确的评价红外成像系统的综合性能,在红外成像系统的论证、设计和测试的每一个环节都是十分重要的。基于目标、背景和大气环境的特征参数,本文运用红外成像系统的光、机、电部件的性能参数,建立理论模型,从而给出描述红外成像系统总体性能的度量参数:噪声等效温差NETD、最小可分辨温差MRTD、最小可探测温差MDTD以及作用距离兄。同时采用必要的修正法,对红外成像系统的作用距离进行综合评估。2红外成像系统的主要性能参数2.1噪声等效温差噪声等效温差NETD定义为:系统观察试验图案时,基准电子滤波器输出端产生的峰值信号与均方根噪声比(S/N)为1时标准试验图形上黑体目标与背景的温差。NETD的公式可表示为:⋯。=式中,AT为测量温差;为峰值信号电压;为均方根噪声电压。NETD的定义中所假定的条件,在实验室中是比较容易满足的,而在实际使用中,此条件是不易满足的。红外成像系统所探测到的物体往往不是黑体,至多是灰体,也可能是选择性辐射体,而且其辐射率相差可能很大,再加上物体表面能够反射周围物体的辐射(这又与物体表面的反射率有关),因此作者简介:安成斌(1974一),男,本科,高级工程师,主要从事红外成像系统及光电系统的研究工作。E·mail:ancherIgbin@sina.tom收稿日期:2010-05-23激光与红外N0.72010安成斌等红外成像系统作用距离计算717红外成像系统所接收到的辐射是目标之间存在的温差(△)、辐射率差(A8)和反射率差(△p)的总和。显然这三者的影响是等效的。在红外成像系统观察景物过程中,被观察物体均为充满瞬时视场的大面源,假定在整个大面源中各个小面积存在着温差、辐射率差和反射率差。如果把正在观察的探测器元瞬时视场当作目标时,则周围的探测器元对应的瞬时视场均可看作背景。目标和背景由于存在着温差、辐射率差和反射率差,于是每个探测器元就产生了信号差,这种差别最终形成了图像的灰度。经过整理,对于光子探测器和热探测器的NETD的通用公式可以表示为:NETD:——堕(2)60DD2dlV1~TdM.式中,0,b为探测器水平和垂直尺寸;O/,为系统瞬时视场;D。为系统的有效接收孔径;。为光学效率;D·为红外探测器的峰值探测率;j为辐1口』HAp射常数。通过NETD的通用公式可以看出在红外成像系统中,用定量的表示法说明组成系统的各个部件的参...