红外热像仪外场测温的大气透过率二次标定

　　1　引　言

　　红外热像仪是响应红外目标辐射温度的仪器设备,除广泛应用于侦察、目标搜索、火控、航空等军事领域外,还广泛应用于电力、环境、工业、医疗等民用领域。其中,民用领域最重要的一个应用就是测量未知目标的辐射温度。利用红外测温热像仪在较远处对辐射目标进行温度测量时,其测量结果与辐射目标的辐射温度估计值会出现较大的偏差,且随着温度的升高,偏差有逐渐增大的趋势。实验分析认为其原因在于:测温热像仪在进行出厂标定时,都是在实验室和近距离条件下进行的[1],因此其内部附带的目标辐射特性(目标辐射率)和大气(标准大气)透过率参数修正软件都仅仅适用于一些特定条件,而测温热像仪的一些使用部门往往是在复杂的气象条件和较远的距离下对复杂目标进行测量,测试结果虽经内部附带软件的修正,但其测试结果仍与真实结果之间存在极大的差距。研究认为,在对未知目标辐射源的真实温度进行标定时,必须对测温系统和待测辐射源目标在相同环境、相同距离条件下进行标定,即对大气透过率参数做二次修正,使用二次修正常数才能得出目标的真实辐射温度。

　　王忆锋等用MATLAB对不同气象条件下我国各地区8~12μm波段的LOWTRAN大气透过率数据进行了拟合,并给出了相应的多项式拟合系数[2]。陈秀红等开发了一套CART软件,供从事大气遥感、目标辐射测量和红外工程设计与性能评估等方面的人员使用,并实验验证了该软件计算结果的可靠性[3-4]。毛峡等建立了一种大气传输衰减简易计算模型并给出了其与Lowt-ran7的计算结果对比图[5]。赵军等讨论了野外远场测量中红外辐射大气透过率的修正[6]。何贤强等分析了中国第一颗海洋水色卫星(HY-1A)大气漫射透过率模型的计算精度[7-8]。吴荣华等采用自主研发的激光遥感大气透过率测量仪并利用激光大气透过率多点断层测量技术,实测了1 060 nm处激光的大气透过率,同步实时反演计算了临近波长红外辐射的大气透过率[9]。周国辉等从分析红外辐射在大气中传播的影响因素出发,分别给出大气吸收、大气散射和气象衰减的衰减系数,并计算出倾斜路程的海平面水平等效路程,给出了一种计算红外大气透过率的数学模型[10]。吴晗平进行了红外辐射大气透过率的工程理论计算方法研究[11]。

　　本文对红外测温热像仪的外场远距离测温进行了研究,建立了红外热像仪外场精确测温方法,提出了大气透过率的二次标定方法,利用二次修正系数对未知辐射源测量值进行修正,便能准确测量出未知辐射源目标的辐射温度。该方法为红外热像仪的精确测温提供了理论依据。

　　2　测温红外热像仪标定原理