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大口徑、寬動態(tài)范圍紅外系統(tǒng)輻射定標(biāo)方法
【專利摘要】大口徑、寬動態(tài)范圍紅外系統(tǒng)輻射定標(biāo)方法屬于光電測量【技術(shù)領(lǐng)域】，包括將高精度面源黑體的口徑覆蓋紅外系統(tǒng)的入瞳，對紅外系統(tǒng)進行中、低溫段輻射外定標(biāo)；將中高溫腔型黑體放置在紅外系統(tǒng)一次像面的等效位置，平移切換反射鏡，對部分光路進行中、高溫段的輻射內(nèi)定標(biāo)；提取處理公共溫度范圍的內(nèi)、外定標(biāo)數(shù)據(jù)獲取內(nèi)、外定標(biāo)之間的修正系數(shù)，對中、高溫段的內(nèi)定標(biāo)數(shù)據(jù)進行修正獲取全光路在中、高溫段的輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)；結(jié)合外定標(biāo)結(jié)果得到了全系統(tǒng)、寬動態(tài)范圍的輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)輻射定標(biāo)。不使用大口徑紅外平行光管的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了大口徑紅外系統(tǒng)在寬動態(tài)范圍的輻射定標(biāo)，保證輻射定標(biāo)精度極大地節(jié)省了紅外系統(tǒng)的研制成本，提高了紅外系統(tǒng)的機動性。
【專利說明】大口徑、寬動態(tài)范圍紅外系統(tǒng)輻射定標(biāo)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光電測量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種大口徑紅外系統(tǒng)在寬動態(tài)范圍的輻射定標(biāo)。

【背景技術(shù)】
[0002]目標(biāo)的紅外輻射特性測量是獲取目標(biāo)信息、對目標(biāo)進行探測識別的基礎(chǔ)技術(shù)之一。紅外系統(tǒng)要完成目標(biāo)的探測與紅外輻射特性測量，在研制過程及外場使用前需要對其進行精確的輻射定標(biāo)。
[0003]現(xiàn)階段，大口徑、寬動態(tài)范圍紅外系統(tǒng)的輻射定標(biāo)采用面源黑體法和平行光管擴束法結(jié)合的方法:面源黑體法是使用覆蓋紅外系統(tǒng)入瞳的面源黑體對紅外系統(tǒng)進行輻射定標(biāo)，由于面源黑體可設(shè)定的最高溫度較小，所以面源黑體法只能用于中、低溫度段的輻射定標(biāo)；平行光管擴束法是使用紅外平行光管對中高溫腔型黑體的紅外輻射擴束后，投射到紅外系統(tǒng)的入瞳上進行輻射定標(biāo)，實現(xiàn)了大口徑紅外系統(tǒng)在中、高溫度段的輻射定標(biāo)，但是大口徑紅外平行光管的制造存在周期長、成本高等缺點，同時該方法只能在室內(nèi)進行，不適用靶場設(shè)備更高的機動性要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種大口徑、寬動態(tài)范圍紅外系統(tǒng)輻射定標(biāo)方法，該方法通過內(nèi)、外定標(biāo)修正的輻射定標(biāo)實現(xiàn)大口徑紅外系統(tǒng)在寬動態(tài)范圍內(nèi)的輻射定標(biāo)。
[0005]本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:
[0006]大口徑、寬動態(tài)范圍紅外系統(tǒng)輻射定標(biāo)方法，該方法所用裝置包括:高精度面源黑體、中高溫腔型黑體、紅外系統(tǒng)和紅外探測器；該方法包括如下步驟:
[0007]步驟一:將高精度面源黑體的口徑覆蓋紅外系統(tǒng)的入瞳，將高精度面源黑體的輻射引入紅外系統(tǒng)，對紅外系統(tǒng)進行中、低溫段輻射外定標(biāo)；
[0008]步驟二:將中高溫腔型黑體放置在紅外系統(tǒng)一次像面的等效位置處，通過平移切換反射鏡，將中高溫腔型黑體的輻射引入紅外系統(tǒng)，對部分光路進行中、高溫段的輻射內(nèi)定標(biāo)；
[0009]步驟三:通過紅外探測器提取公共溫度范圍的內(nèi)外定標(biāo)數(shù)據(jù)并處理以獲取內(nèi)、夕卜定標(biāo)之間的修正系數(shù)，使用修正系數(shù)對中、高溫段的內(nèi)定標(biāo)數(shù)據(jù)進行修正獲取全光路在中、高溫段的輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)；
[0010]步驟四:結(jié)合外定標(biāo)結(jié)果得到了全系統(tǒng)、寬動態(tài)范圍的輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了大口徑、覽動態(tài)沮圍紅外系統(tǒng)福射定標(biāo)方法。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:在不使用大口徑紅外平行光管的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了大口徑紅外系統(tǒng)在覽動態(tài)沮圍的福射定標(biāo)，在保證福射定標(biāo)精度的冋時，極大地節(jié)省了紅外系統(tǒng)的研制成本，并提高了紅外系統(tǒng)的機動性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是大口徑、寬動態(tài)范圍紅外系統(tǒng)福射定標(biāo)方法外定標(biāo)示意圖；
[0013]圖2是大口徑、寬動態(tài)范圍紅外系統(tǒng)輻射定標(biāo)方法內(nèi)定標(biāo)示意圖；
[0014]圖3是大口徑、寬動態(tài)范圍紅外系統(tǒng)輻射定標(biāo)方法工作流程圖。
[0015]圖中:1、高精度面源黑體，2、紅外系統(tǒng)，3、一次像面，4、中高溫腔型黑體，5、切換反射鏡，6、紅外探測器和7、前系統(tǒng)。

【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳細(xì)說明。
[0017]如圖1和圖2所示，將中高溫腔型黑體4放置在紅外系統(tǒng)2內(nèi)部一次像面3的等效位置上，切換反射鏡5的平移使中、高溫腔型黑體4的輻射引入及引出紅外系統(tǒng)2。該方法的步驟如下:
[0018]步驟一:將切換反射鏡5移入光路，高精度面源黑體1為工作黑體，此時紅外系統(tǒng)2為外定標(biāo)狀態(tài)。如圖1所示，高精度面源黑體1的口徑覆蓋紅外系統(tǒng)2的入瞳對全系統(tǒng)進行輻射定標(biāo)，通過紅外系統(tǒng)2后覆蓋紅外探測器6的靶面，外定標(biāo)的數(shù)學(xué)模型可以表示為:
[0019]= ^ ? (0.-⑴
[0020]式中，0%為紅外探測器輸出灰度值，^為紅外探測器的積分時間，0.為外定標(biāo)輻射亮度響應(yīng)度，、為黑體的輻射亮度，0凡&〃為外定標(biāo)時由系統(tǒng)自身熱輻射、散射背景輻射等引起的灰度響應(yīng)，為紅外探測器暗電流引起的灰度響應(yīng)。
[0021]步驟二:將切換反射鏡5移出光路，中高溫腔型黑體4為工作黑體，此時紅外系統(tǒng)2為內(nèi)定標(biāo)狀態(tài)。如圖2所示，中高溫腔型黑體4的輻射通過部分光學(xué)系統(tǒng)后覆蓋紅外探測器6的靶面，對紅外系統(tǒng)2的部分光路進行內(nèi)定標(biāo)，內(nèi)定標(biāo)的數(shù)學(xué)模型可以表示為:
[0022]咖2=七.(。。.(2)
[0023]式中，0隊為紅外探測器輸出灰度值，^為紅外探測器的積分時間，0。為內(nèi)定標(biāo)輻射亮度響應(yīng)度，、為黑體的輻射亮度，。為內(nèi)定標(biāo)時由系統(tǒng)自身熱輻射、散射背景輻射等引起的灰度響應(yīng)，為紅外探測器暗電流引起的灰度響應(yīng)。
[0024]步驟三:根據(jù)圖1和圖2，內(nèi)、外定標(biāo)時應(yīng)用的光學(xué)系統(tǒng)中，相差共6個鏡頭，將這6個鏡頭當(dāng)做一個整體，稱為“前系統(tǒng)7”，根據(jù)內(nèi)定標(biāo)數(shù)學(xué)模型(2),外定標(biāo)還可以表示為:
皿I = ^ - (? -1 ^ - 4 + ) + 瀟卿’4 + 瀟鎮(zhèn)II[―5]+皿等 + 麗轉(zhuǎn))
(^)
[0026]式中，為前系統(tǒng)7的增益，8%為前系統(tǒng)7的偏置。
[0027]上式與公式(1)聯(lián)立并整理可得:
^一許
[0028]^
認(rèn) 71( 4 |
01.咖~ 測嫩)+,- — ^^.1,-1.,,)
[0029]% =-—-77；-
1 義(5)
[0030]由于紅外探測器內(nèi)部暗電流引起的灰度響應(yīng)近似為一個常量，所以公式(5)可以簡化為:
0^1 一酬
[0031]5 取=--—(6)
[0032]假設(shè)外定標(biāo)的溫度范圍是I。?12，內(nèi)定標(biāo)的溫度范圍是1\?13，提取公共溫度范圍丁工?!^的內(nèi)、外定標(biāo)數(shù)據(jù)，利用公式(4)和(6)可以計算得到前系統(tǒng)7的增益及偏置853，這兩個參數(shù)即為內(nèi)、外定標(biāo)之間的修正系數(shù)。
[0033]使用I 53和853對中、高溫度段?0的內(nèi)定標(biāo)數(shù)據(jù)修正，得到:
[0034]謝=卜0 廣.丁擇..0 廣..0^,^+0^,^)=。廣.1調(diào)廣(7)
[0035]
[0036]
[0037]
[0038]式中，0廣和冊廣為全系統(tǒng)在中、高溫度段01\?^)的輻射亮度響應(yīng)度和偏置，可以表示為:
[0039]0 ^ = 1- 0 廣.X 53 (8)
[0040]=? 0凡響，廣十01，廣(9)
[0041]根據(jù)公式(9)就可以得到全系統(tǒng)在中、高溫度段?0的輻射定標(biāo)結(jié)果。
[0042]步驟四:結(jié)合外定標(biāo)獲取的全系統(tǒng)在中、低溫度段的輻射定標(biāo)結(jié)果就可以得到全系統(tǒng)、寬動態(tài)范圍〈I。?1)的輻射定標(biāo)結(jié)果，本發(fā)明的操作流程如圖3所示。
【權(quán)利要求】
1.大口徑、寬動態(tài)范圍紅外系統(tǒng)輻射定標(biāo)方法，該方法所用裝置包括:高精度面源黑體、中高溫腔型黑體、紅外系統(tǒng)和紅外探測器；其特征在于，該方法包括如下步驟: 步驟一:將高精度面源黑體的口徑覆蓋紅外系統(tǒng)的入瞳，將高精度面源黑體的輻射引入紅外系統(tǒng)，對紅外系統(tǒng)進行中、低溫段輻射外定標(biāo)；步驟二:將中高溫腔型黑體放置在紅外系統(tǒng)一次像面的等效位置處，通過平移切換反射鏡，將中高溫腔型黑體的輻射引入紅外系統(tǒng)，對部分光路進行中、高溫段的輻射內(nèi)定標(biāo)；步驟三:通過紅外探測器提取公共溫度范圍的內(nèi)、外定標(biāo)數(shù)據(jù)并處理以獲取內(nèi)、外定標(biāo)之間的修正系數(shù)，使用修正系數(shù)對中、高溫段的內(nèi)定標(biāo)數(shù)據(jù)進行修正獲取全光路在中、高溫段的輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)； 步驟四:結(jié)合外定標(biāo)結(jié)果得到了全系統(tǒng)、寬動態(tài)范圍的輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了大口徑、覽動態(tài)沮圍紅外系統(tǒng)福射定標(biāo)。
【文檔編號】G01J5/52GK104296882SQ201410508598
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】孫志遠(yuǎn), 余毅, 米陽 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所