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红外目标模拟器辐照度模拟与测量方法研究

作　者: 杨扬
导　师: 张伟
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 光学工程
关键词: 红外目标模拟器辐照度测量光学设计辐照度标定测量不确定度
分类号: V249.326
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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引　用: 3次
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内容摘要

红外目标模拟器是红外寻的制导武器半实物仿真系统中的重要组成部分,它能够提供给导引头足够逼真的红外目标和场景的物理特性,包括光谱范围、辐照度大小、运动特性等,红外目标模拟器性能的好坏直接影响了仿真精度。红外目标模拟器最重要的性能指标为其出瞳处的辐照度值。为了保证其性能,必须对其出瞳处的辐照度进行检测和校准。由于红外目标模拟器出瞳处的最小辐照度很低,而且对测量装置的外形尺寸有严格限制,因此导致测量难度大。国内已有的红外目标模拟器辐照度校准装置往往结构复杂、体积大且成本高,为此需要研制一套专用的红外辐照度测量仪,使之能够方便的对红外目标模拟器进行定期的检测和校准。针对红外目标模拟器出瞳处辐照度的模拟和测量方法,论文主要完成了以下几个方面的工作:(1)针对红外目标模拟器工作原理和性能参数,推导了辐照度传递数学模型。该数学模型能够反映在辐照度传递过程中的各种影响因素,包括视场光栏开口变化、辐射源立体角、光学系统透过率、大气衰减等。结合红外目标模拟器技术指标,设计了光源和视场光栏机构。经过总体方案论证,该设计方案能够满足设计要求。(2)通过分析辐照度测量原理,设计了测量仪总体方案。测量仪在最小被测辐照度为10-10W/cm2的情况下,在1~3μm和3~5μm两个工作谱段信噪比均大于100。设计中采用内置黑体参考源的方法消除了背景辐射对测量结果的影响。由于测量仪的测量范围大,为2.0×10-10W/cm2 ~8.0×10-4W/cm2,为此在光路中加入三片能量衰减片以达到1000倍的信号衰减,结合测量仪性能参数完成了光学系统的设计。(3)本文分析红外辐照度标定方法,设计了三种标定方案,考虑实验室条件和各方案的优缺点后,确定最终合理的标定方案。论文还分析了标定过程中引入的误差,结合不确定度相关理论,计算测量仪的测量不确定度为3.16%,小于技术指标中要求的10%,最后论文分析介绍了在测量过程中的影响因素和相应的解决办法。本文设计的红外辐照度测量仪能够保证测量精度,因此对红外目标模拟器出瞳处的辐照度进行检测和校准后,模拟器的性能可以得到保证并能够满足半实物仿真系统的需要。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 课题研究的背景  9
  1.2 研究的目的和意义  9-11
  1.3 国内外研究现状  11-16
    1.3.1 半实物仿真技术发展现状  11-13
    1.3.2 红外目标模拟器辐照度测量技术研究现状  13-16
  1.4 课题研究的主要内容  16-17
第2章红外目标模拟器辐照度模拟  17-33
  2.1 红外目标模拟器组成及工作原理  17-18
  2.2 红外目标模拟器辐照度传递数学模型  18-22
    2.2.1 目标光路辐照度计算  18-19
    2.2.2 干扰光路辐照度计算  19-22
  2.3 红外目标模拟器辐照度模拟方法  22-28
    2.3.1 弹-目距离的模拟  23-25
    2.3.2 弹-目接近速度的模拟  25-28
  2.4 红外目标模拟器光源选取  28-29
  2.5 红外目标模拟器性能分析  29-32
  2.6 本章小结  32-33
第3章红外目标模拟器辐照度测量系统  33-50
  3.1 红外辐照度测量原理分析  33-35
  3.2 红外辐照度测量仪总体设计  35-38
  3.3 光学接收系统设计  38-46
    3.3.1 主光路光学性能参数  38-39
    3.3.2 参考光路光学性能参数  39
    3.3.3 光学系统初始结构选取  39-41
    3.3.4 设计结果及分析  41-46
  3.4 调制盘及参考源的设计  46-47
  3.5 电路部分总体设计  47
  3.6 信噪比计算  47-48
  3.7 本章小结  48-50
第4章测量仪标定及不确定度分析  50-60
  4.1 红外辐照度标定方法分析  50-54
    4.1.1 扩展源直接标定  50-51
    4.1.2 平行光管标定  51-53
    4.1.3 标准辐射计对比标定  53
    4.1.4 工作距离计算  53-54
  4.2 测量系统不确定度分析  54-58
  4.3 其他影响因素分析  58-59
    4.3.1 大气衰减的影响  58-59
    4.3.2 输出信号波动的影响  59
    4.3.3 电子系统误差的影响  59
  4.4 本章小结  59-60
结论  60-62
参考文献  62-67
攻读硕士学位期间申请的专利  67-69
致谢  69

红外目标模拟器辐照度模拟与测量方法研究

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