红外目标模拟器辐照度测量技术研究

摘要

论文“红外目标模拟器辐照度测量技术研究”，目的是研制红外目标模拟器辐照度测量不确定度优于15％的基准型红外辐射照度测量仪，建立红外目标模拟器辐照度计量标准，改变红外目标模拟器自身性能的失检状态。论文研究围绕建立红外目标模拟器辐照度校准的这一特殊性需求，结合红外目标模拟器辐照度测量仪的研制，针对研制中所涉及的红外目标模拟器工作原理、测量数学模型、相应的数据处理方法等理论、方法和关键技术进行了深入的研究，主要完成了以下几方面的创新性研究工作：
　　1.基于Monte-Carlo法研究背景辐射在红外目标模拟器辐照度测量中的影响。针对背景辐射空间分布对测量的影响，采用Monte-Carlo法建立了空间背景辐射、被测目标和红外测量系统的概率关系模型，着重分析了当被测目标为镜漫混合反射模式时，半球空间上背景辐射与球面半径的关系。并针对测量环境的杂散辐射特点，建立了基于参考温度的差分式测量方程，可以有效地抑制杂散辐射所带来的影响。
　　2.偏最小二乘投影寻踪回归方法在红外目标模拟器辐照度测量中的应用。针对红外目标模拟器辐照度测量包含多个参数，测量值与影响参数之间的关系是复杂的非线性关系，研究了偏最小二乘投影寻踪回归方法对标定拟合和实验测量过程的数据进行处理。仿真和实验结果表明，该方法的应用降低了辐照度测量的不确定度。
　　3.新型红外目标模拟器辐照度测量装置的研制。针对红外目标模拟器的工作特点，采用绝对测量方法研制了集光机电于一体的小口径准直式红外辐射计，测量光谱范围从近红外、中红外直至中远红外。考虑测量过程中杂散辐射的影响，光路采用屏蔽结构，完成了准直，反射式光调制、汇聚及光电信号接收系统的设计；设计了适于微弱光电信号接收和处理的电路系统。
　　依据《中国航天集团红外辐射测量仪器检定规程》，对研制的红外目标模拟器辐照度测量仪的相关技术参数进行了测试，测试结果表明：采用上述新技术后，仪器达到了测量精度要求。
　　最后，将研制的红外目标模拟器辐照度测量仪对某型号红外目标模拟器(红外投射器)辐射面上辐射能量的空间分布进行了实际测量。实验结果表明红外目标模拟器辐照度测量系统达到了技术指标要求，实现了用于近室温的测量目的。
　　本论文研究内容为红外目标模拟器辐照度值校准标准的建立奠定了坚实的理论和技术基础。

目录

红外目标模拟器辐照度测量技术研究

RESEARCH ON IRRADIANCEMEASUREMENT TECHNIQUE OFINFRARED TARGET SIMULATOR

摘 要

Abstract

目 录

绪论

1.1 课题研究的背景

1.2 研究的目的和意义

1.3 国内外研究现状

1.3.1 以辐射源为标准的测量

1.3.2 以探测器为标准的测量

1.3.3 存在的问题

1.4 背景辐射对测量影响的研究

1.5 课题研究的主要内容

第2章 目标模拟器辐照度测量的理论研究

2.1 引言

2.2 红外目标模拟器辐照度数学模型

2.2.1 红外目标模拟器工作原理

2.2.2 红外光谱辐射的传输

2.2.3 红外光谱辐射计的输出信号

2.2.4 红外光谱辐射中的成像问题

2.2.5 红外目标模拟器测量数学模型

2.2.6 噪声等效温差（NETD）推导

2.3 红外目标模拟器辐照度回归分析方法研究

2.3.1 偏最小二乘回归方法

2.3.2 投影寻踪回归方法

2.3.3 偏最小二乘的投影寻踪回归方法

2.4 仿真实验分析

2.5 本章小结

第3章 背景辐射对红外测量系统影响的研究

3.1 引言

3.2 背景空间辐射对红外测量影响的研究

3.2.1 Monte-Carlo方法

3.2.2 背景辐射空间分布对测量影响的理论研究

3.2.3 半球空间背景辐射的影响

3.2.4 背景辐射空间分布对测量影响的实验验证

3.3 仪器内壁辐射对测量影响的实验测试

3.4 本章小结

第4章 红外目标模拟器辐照测量系统

4.1 引言

4.2 光学系统

4.2.1 光学接收系统

4.2.2 光学调制与参考源

4.2.3 红外探测器的选择

4.3 电路系统

4.3.1 电路系统总体设计

4.3.2 前置放大电路的设计

4.3.3 锁相放大器

4.3.4 温度补偿电路

4.4 测量装置的标定

4.5 本章小结

第5章 实验研究和不确定度分析

5.1 辐射计的性能测试

5.1.1 稳定性测试

5.1.2 重复性测试

5.2 测试系统的验证实验

5.3 对目标模拟器的测量实验

5.3.1 光阑系统的测量

5.3.2 定点能量测量

5.3.3 衰减片系统的测量

5.3.4 能量空间分布的测量

5.4 测量系统不确定度分析

5.5 本章小结

结 论

参考文献

附录1

附录2

附录3

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书

致 谢