空间目标地基红外探测技术研究

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1、ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＣｌｉｌｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｆＳｃｉｅｎｃｅｓｙｙｏ博士学位论文空间目标地基红外探测技术研究作者姓名：黄智国指导教师：王建立研究员中国科学院长春光学精密机械与物理研究所学位类别：工学博士学科专业：机械电子工程培养单位：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所２０１８年６月博士学位论文空间目标地基红外探测技术研究作者姓名：黄智国指导教师:王建立研究员学位类别:工学博士学科专业:机械电子工程培养单位:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所2018年6月R

2、esearchonSpaceTargetofGround-basedInfraredDetectionTechnologyAdissertationsubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofDoctorofEngineeringinMechatronicEngineeringByHuangZhiguoSupervisor:ProfessorWangJianliChangchunInstituteo

3、fOptics,FineMechanicsandPhysicsChineseAcademySciencesJune2018研究生学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的研宄成果。对论文所涉及的研宄工作做出贡献的其他个人和集体。，均己在文中以明确方式标明或致谢作者签名：黄智图＇曰期：丄。丨必綱中国科学院大学学位论文授权使用声明本人完全了解并同意遵守中国科学院有关保存和使用

4、学位论文的规定，即中国科学院有权保留送交学位论文的副本，允许该论文被查阅，可以按照学术研究公开原则和保护知识产权的原则公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存、汇编本学位论文。；涉密及延迟公开的学位论文在解密或延迟期后适用本声明。作者签名：导师签名：細７曰期：４株日期：例Ｐ办摘要摘要地基光电望远镜对空间目标的监视成像具有重要意义，通过成像特征可以直接识别出空间目标的功能、状态和正在执行的任务等信息。使用可见光波段探测系统对空间目标成像主要依靠太阳光在被测目标表面的反（散）射光，但当目标进入地

5、影区域时难以被观测，又由于白天有较强的天光背景与大气湍流，所以也限制了对目标的成像探测。使用红外探测技术可以提取空间目标的诸多重要信息，如温度是确定目标状态的重要参数，在轨航天器表面的温度场反映了其内部工作状态与功能转换等，尤其在航天器发生故障时其温度场分布会发生异常变化。发射率为物体热辐射特性的一种重要参数，当空间目标在轨运行时，表面发射率等辐射特性数据是其热控的重要依据，航天器表面发射率及其随波长与温度的变化特性可用来探测识别未知空间目标表面材料构成等信息。除提取目标的表面信息，红外探测技术还具有环境适应性好；在夜间和恶劣气候条件下探测性能及

6、识别目标伪装能力优于可见光；探测方式为被动探测，隐蔽性好不易被干扰；相较于雷达系统具有体积小、重量轻、功耗低等诸多优点，因此红外探测技术在军事、国防民用领域都得到了广泛的研究和应用。尤其近年来在军事方面及视频监控领域的强烈需求和红外材料技术发展的推动下，作为高新技术的红外探测技术在未来将会有更广泛的应用。但红外光电系统也有其自身不可避免的劣势，如光电系统工作时自身内部光学元件在常温环境下工作时会产生强烈的辐射噪声，对空间目标的有效探测产生极大的影响。针对这种辐射噪声，使用冷光学技术可对成像终端产生的热辐射进行非常有效的抑制，将探测器感知的背景辐射

7、降至其生成暗电流可被忽略的数值之下，从而大大提高对目标的探测效率。综上所述，红外探测技术及配备冷光学的红外成像终端可在现有地基大口径光学望远镜系统的基础上发展形成新的观测能力，实现空间目标的全天时成像探测，并能够提供空间目标的温度及红外辐射特性密度区域分布图，为我国未来空间站等在轨航天器的运行状态、故障分析与未知空间目标的识别提供有利支持。为提高地基光电系统对空间目标的探测能力，本论文结合空间目标红外辐射特性，使用计算的大气透过率及天空背景辐射参数、光学系统光谱透过率、探测器波段响应特性等相关参数确定一种空间目标的信噪比模型。通过仿真分析空间I空

8、间目标红外探测技术研究目标在红外波段成像的信噪比，并在此基础上选取红外K波段光谱在地基光电望远镜上进行白天观测实验对相关技术进行验证。实