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随着红外焦平面阵列(IRFPA)技术的发展,IRFPA成像技术也得到了迅速的发展,并在搜索、跟踪、电力检测、环境监测等领域获得了广泛的应用。随着IRFPA应用领域的不断扩展,也促进了IRFPA成像系统技术指标的进一步提高。因此通过对系统模型的仿真分析,有针对性地测量影响IRFPA成像系统的主要参数,已经成为提高IRFPA系统技术指标的主要方法之一。由于IRFPA成像系统的特性受多种因素影响,如何针对被测参数选择相应的测量条件?如何根据测量结果对IRFPA成像系统做出正确评介?如何使这种评估更具有工程应用价值并确定系统评估的主要参数?本文针对IRFPA成像系统的应用并结合“项目”,开展了基于IRFPA成像系统的模型分析及IRFPA成像系统的MTF评估方法的研究工作:
总结了在红外制导和红外搜索跟踪设备制造方面的世界上主要几家公司的研发现状。阐述了IRFPA成像系统的应用以及与IRFPA系统相关的各种测试方法,指出了MTF参数在IRFPA成像系统评估应用中的物理基础和意义。
文中分析了IRFPA成像系统的调制传递函数(MTF)不仅与IRFPA成像系统宏观指标有关(如作用距离、MRTD等),同时还可表示为各子系统MTF的级联关系,这种关系反映了各子系统的内在结构特性。本文以大气传递函数MTFatm、光学系统传递函数MTFopt和CCD在器件传递函数MTFccd为主要子系统,而不计电子系统传递函数情况下,分别从IRFPA器件的MTF建模入手,讨论了IRFPA器件MTF模型、大气MTF模型和IRFPA器件MTF测试方法及光学子系统MTF测试方法。以及在一定可视距离下的大气MTF表达形式。
基于IRFPA成像系统的某具体产品的测量参数,讨论了IRFPA系统MRTD与系统MTF及NETD间的相互影响关系。根据对IRFPA器件的实测数据及系统MTF的实际取值,提出为克服大气的影响,改善IRFPA系统特性的重要途径之一是NETD和MTF的综合优化取值,在一定作用距离下,改善系统性能的原则。
文章旨在建立以工程应用为核心的IRFPA成像系统评估方法。由于MTF测量中的实际特点,逐点测量难以在工程测量中得到有效应用。为了得到IRFPA各子系统的单值MTF,基于前人工作以及建模仿真分析结果和样品实测数据,提出以MTF曲线63%面积所对应的空间频率为系统特征频率,并依此作为系统各子系统的特征参数。这样做有利于IRFPA器件MTF的单值评估,简化了系统MTF的评估环节。
针对工程IRFPA成像系统的检测应用,本文针对IRFPA成像系统评估中所用目标靶辐射源进行了专项研究。传统IRFPA成像系统评估所用的目标靶,均采用面黑体为辐射源。本文根据实际工程应用需求,研制了用于IRFPA成像系统检测的、以火焰为应用对象的目标靶用标准辐射源(以下简称“标准光源”),最后给出标准光源的检测结果。用于目标靶的标准光源经实际测试、检验,各项指标均达到工程设计要求。