红外探测基础简介

《红外探测基础简介》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、红外探测技术基础简介李鹏飞2011.09概述红外探测技术是伴随军用需要而迅速发展起来的一门新兴技术。在光电子技术中，红外探测技术是一种无源探测技术，它不需要光源照射目标，靠目标自身发射的红外辐射来探测目标。与雷达相比，具有结构简单、体积小、质量轻、分辨率高、隐蔽性好、抗干扰能力强等优点；与可见光探测相比，有透雾能力强、可昼夜工作等特点。从常规的夜间红外瞄准具到空间的卫星拦截器都使用了红外技术，可以说红外武器装备已经成为各军兵种必备的现代武器装备。典型的红外应用包括红外夜视、前视红外、侦察、告警、火控、跟踪、定位、精确制导和光电对抗等，他们对取得战场的主动权，发

2、挥了突出作用。应用举例有人统计从1975—1985年，马岛战争至两伊战争期间，被红外制导导弹击落的飞机，占飞机损失总数的95％。红外搜索跟踪仪的跟踪精度可以在10″以内，对超低空目标和掠海飞行目标的抗干扰能力以及对多目标的选择跟踪能力，都是已有手段中最好的。海湾战争中美国预警卫星的红外望远镜，可以全天候探测“飞毛腿”导弹发射，30s内就可以探测到发动机喷射的尾焰，为反导赢得了时间。红外成像装备及观察到的F117图像第1章红外技术基础知识1.1红外辐射1.1.1红外线与电磁波早在1800年，英国天文学家F.W.赫谢尔在研究太阳光的热效应时，首先发现红外线。由于这

3、种光线处在红光以外的光谱区，很自然地就称之为红外线，由于红外线是与热和温度紧密联系在一起的，因此又称为热线或热辐射。同时红外线又属于电磁频谱的一个部分，因此也被称为红外辐射（Infraredradiation），它位于可见光与微波之间，属不可见光线，和其它电磁波一样具有光波的性质，在真空中以光速沿直线传播，遵守同样的反射、折射、衍射、干涉、偏振定律，区别只是波长（频率）不同而已。现已测得其波长范围为0.75µm---1000µm，频率从4×104Hz---3×1011Hz。同时也已证明，自然界中的一切物体，只要它的温度高于热力学零度（－273℃）就不断地向外界

4、发射红外线。紫外光红外光X-射线GammaRaysEHFSHFUHFVHFHFMFLFVLF0.1A1A1UA100A0.11101001cm0.1cm10cm1m100m1km10km100km10m30mm20mm15mm1mm800µm300µm100µm20µm10µm0.8µm0.6µm0.4µm红外线波长范围：在0.75µm~1000µm500µm1.1.2红外线的传播红外线的传播和可见光相似，在传播过程中遇到障碍物会被反射（散射）、吸收和透射，在大气传播中,吸收是影响红外传播的主要因素，如水蒸气、CO2、NO、NO2等物质都对红外线具有强烈的吸收

5、，但是这些物质都有其相对应的特征吸收谱线，对某些波长的红外线吸收比较强烈使其传播的能量受到损失，而对另外一些红外谱线却几乎不产生吸收，透射率很高。大气对红外线吸收比较少的波段，也就是透射率比较高的波段，被形象地称为“大气窗口”。红外波段按不同大气窗口，可分为短波红外（SWIR）1µm-3µm波段、中波红外（MWIR）3µm-5µm波段和长波红外（LWIR）8µm-14µm波段。右图为红外线在大气中传播的透射曲线。红外辐射在大气中传输时能量会受到衰减，影响最大的是水蒸气、二氧化碳和气溶胶，气溶胶是由尘埃、烟、水、盐类与其他有机物的微粒构成。水蒸气和气溶胶在低高度

6、下对红外辐射的衰减更加突出。如在海平面高度的水平方向，大气对红外辐射有最大的衰减，尤其是当水蒸气与气溶胶浓度很大时，会严重影响红外系统的应用效果。定性地讲，水蒸气对8µm-14µm波段的吸收比对3µm-5µm波段严重；气溶胶对3µm-5µm波段的吸收与散射比对8µm-14µm波段严重。大气主要成分对红外辐射的吸收谱1.1.3红外辐射与红外吸收任何物体能辐射红外线也能吸收红外线，辐射和吸收都是能量转换的过程。假若辐射入射到物体表面，能被物体全部吸收，没有反射和透射，这种物体就称为黑体。黑体能100%吸收入射到表面的全部辐射，它的吸收系数是1，很显然，当物体温度恒

7、定时，它的吸收和辐射应当相等，它的吸收系数和辐射系数也应当相等，所以黑体的辐射系数也是1。黑体是最好的吸收体也是最好的辐射体。但是，实际物体达不到100%吸收，实际物体的吸收与相同温度黑体的吸收之比，称为物体的吸收率，当物体温度恒定时，吸收率与辐射率相等，实际物体辐射红外线的强弱是由其温度和辐射率决定的。为了研究和比较不同大小和形状物体的辐射特性，不直接用总能量，而是规定从1cm2面积上、1s内辐射到半球空间的能量的大小，称它为辐射通量密度。辐射通量密度随着辐射的波长不同而变化，单位波长间隔内的辐射通量密度称为光谱辐射通量密度，其大小应与温度、辐射率和波长有关

8、系。光谱辐射通量密度的最大值与温度的5