目标的红外特性组合测试

　　0 引 言

　　根据光电探测应用技术的发展需求，将先进的红外温度分析和光谱测试系统组合起来，在 2～5 μm、85～14 μm 光谱范围内对所感兴趣的目标进行测试分析，全面得出目标的温度辐射分布特性和目标的辐射能量分布特性，为光电火控系统的目标探测和仿真建模提供理论依据。

　　1 目标的温度辐射测试

　　1.1 测试依据

　　测试分析系统的原理基于热辐射理论[1]，通过扫描器和探测器接收目标方向的辐射，这些辐射不仅仅是目标本身的辐射，还包涵了来自环境的、大气的和扫描器光学系统本身的辐射，见图 1，建立测试模型时必需考虑这些因素。测试时目标辐射经大气和光学系统本身的衰减的计算也是至关重要的。

　　普朗克辐射定理表示黑体的辐射出射度 M 与温度 T级波长λ 的关系为：

　　1.2 热象仪测温数学模型

　　成象器接收的辐射能量是通过大气衰减的目标能量与目标周围环境辐射能量和大气自身辐射能量的总和。测试模型为：

　　式中：I(T)为热值(与黑体辐射在温度 T 时成比例的值);Im为测试的总辐射热值;τ 为有效大气透过率;ε 为目标辐射率;Tatm为大气温度;Tamb为环境温度。在应用该模型时，测试必需给出目标的辐射率、目标距离、相对温度、相对湿度、大气温度和反射的环境温度。

　　1.3 扫描器辐射的补偿

　　扫描器温度补偿取决于扫描器的辐射能和扫描器光学系统。这个问题通过使用微处理器控制的四个测试温度传感器，两个温度参考黑体来完成透镜辐射将引起测试误差温度的补偿。

　　1.4 标校函数

　　标校函数表示黑体温度与扫描器信号输出之间的非线性关系。

　　标校函数可用普朗克定律和扫描器的光谱响应得出，但测试得到的结果更为精确。标校系数为(R、B、F)，根据普朗克定律可表示为：

　　由于探测器的光谱响应轻微的非线性，在扫描器的信号输出与接收的辐射能量成正比时测试公式有效。扫描器的非线性修正表示为：

　　1.5 目标参数的选择

　　在做目标特性测试分析时，将辐射转换为温度之前，测试状态的设置至关重要。状态参数包括目标的辐射系数、大气温度、反射环境温度、目标距离、相对湿度和有效大气透过。

　　1.6 辐射率

　　实际上目标很少是“黑的”，不同的材料和不同的表面处理所展现的辐射率也不同，基本上从 0.1～0.95。抛过光的金属表面辐射率降至零，而氧化或刷涂料的表面辐射率大大增加，涂油的面或涂可见光颜色的面红外波段辐射率在 0.9 以上，人的皮肤辐射率接近于 1。非氧化金属几乎完全不透明并具有高的反射性，反射率随波长变化的量不大，相反辐射率很低，仅随温度增加而增加。非金属材料辐射率趋向于高，且随温度的变化而改变的趋势减小。