红外热像仪噪声等效温差测试技术研究

摘要

随着红外热像仪在军事、医疗和工业等领域的广泛应用，对热像仪性能评估也变得越来越重要。评价热像仪性能的重要方法之一是采取有效的测试手段对系统主要参数进行测试。其中噪声等效温差作为表征热像仪热灵敏特性的参数，已经成为衡量热像仪特性的关键参数之一。围绕噪声等效温差NETD的建模、仿真分析及测试方法也成为世界各国研究热像仪特性的热点问题之一。近年来与红外探测器相关的技术日趋成熟，新型焦平面热像仪逐渐替代传统的扫描型热像仪。红外焦平面热像仪由于引入了新工艺和新技术，使得影响系统热灵敏特性的噪声发生明显的变化。评估方法及噪声等效温差NETD模型也随之改变。在此背景下，本课题展开对红外热像仪噪声等效温差NETD测试技术的研究具有重要的意义。本课题主要围绕以下工作展开： 在研究国内外文献和详细的理论基础上，分析最具代表性的噪声等效温差方程并指出各方程间内在联系和异同，最终确立了各种不同类型热像仪的噪声等效温差数学模型。 基于三维噪声模型分析噪声的基本思想，提出了从时间和空间角度研究热像仪的噪声特性，给出了噪声等效温差的测试方法。通过SBIR开发的高端热像仪测试系统对具体的热像仪进行测试。对噪声等效温差进行了仿真界面设计，可以对从目标、大气、热像仪、电路等各个环节中影响噪声等效温差的各种因素进行初步定量计算和分析评价。 深入研究和探讨了测试过程中，影响噪声等效温差准确度的重要因素。详细分析了热像仪测试装置工作距离的选取对热像仪实际接受辐射能量的影响。 结合SBIR高端热像仪测试系统，采用基于误差溯源的不确定度评定方法，将测试系统不确定度追溯到测试系统内部产生不确定度的各个元件，分析归纳不确定度来源，得出目标温度为293K时，噪声等效温差的测试不确定度约为2．70%，相对扩展不确定度为6．0%，验证了噪声等效温差测试结果的稳定性。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2热像仪噪声等效温差模型研究进展

1.3热像仪性能测试现状

1.3.1扫描型热像仪与焦平面型热像仪测试差异

1.3.2热像仪性能测试技术发展

1.3.3热像仪综合测试设备发展现状

1.4研究主要内容及工作安排

2热像仪噪声等效温差研究理论基础

2.1热像仪基本性能参数

2.1.1信号传递函数SiTF

2.1.2最小可分辨温差MRTD

2.1.3最小可探测温差MDTD

2.2热像仪噪声等效温差常见模型

2.3噪声等效温差模型分析研究

2.3.1各噪声等效温差方程间关系

2.3.2噪声等效温差模型同一性

2.4热像仪噪声等效温差模型建立

2.4.1扫描型热像仪噪声等效温差模型

2.4.2焦平面型热像仪噪声等效温差模型

2.5小结

3热像仪噪声等效温差测试研究

3.1三维噪声模型

3.1.1噪声统计

3.1.2三维噪声分析技术

3.2时间NETD和空间NETD

3.2.1时间NETD和空间NETD概述

3.2.2时间NETD和空间NETD测试方法

3.3噪声等效温差测试

3.4热像仪噪声等效温差仿真分析

3.4.1噪声等效温差图形用户界面设计

3.4.2噪声等效温差仿真计算

3.5小结

4影响噪声等效温差测试主要因素分析

4.1测试装置工作距离选取

4.1.1测试系统工作距离分析

4.1.2待测热像仪接收辐照度分析

4.2背景温度与噪声等效温差测试关系

4.3环境温度稳定性影响

4.4小结

5噪声等效温差测试不确定度分析

5.1不确定度来源

5.2 △TEFF引入的不确定度

5.2.1镜面及靶标反射率

5.2.2测量装置黑体发射率

5.2.3大气透过率波动

5.2.4△T不确定度

5.2.5合成不确定度u(△TEFF)

5.3△VSYS引入的不确定度

5.4 VRMS引入的不确定度

5.5热像仪噪声等效温差测量不确定度评定

5.6 小结

6结论

6.1结论

6.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

附录