基于modtran的复杂大气条件下红外系统作用距离计算

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1、中图分类号：TN216论文编号：102870813-S043学科分类号：080300硕士学位论文基于MODTRAN的复杂大气条件下红外系统作用距离计算研究生姓名马鹤学科、专业光学工程研究方向红外技术指导教师吴平教授南京航空航天大学研究生院理学院二О一三年一月2NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofScienceCalculationoftheoperatingrangeofinfraredsystemundercom

2、plexatmosphereconditionbasedontheMODTRANAThesisinOpticalEngineeringbyHeMaAdvisedbyProf.PingWuSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,20134承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰

3、写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：6南京航空航天大学硕士学位论文摘要近年来，由于红外成像系统能够在夜间和恶劣气象条件下工作，作用距离较远，且为被动工作方式，不易被发现和干扰，受到了世界各国的重视，被广泛应用于航空航天侦查、遥感、夜视、成像制导跟踪、天文学、医疗成像、工业故障诊断等军事

4、和民用领域。因此，红外成像系统的性能评价对理论研究和实际应用有非常重要的意义。作用距离是红外成像系统的重要参数之一，对红外成像系统的作用距离进行评估对提高系统设计水平、降低成本、缩短研制周期有着重要的意义。红外成像系统的作用距离与许多因素有关，主要有：目标的红外辐射特性、红外辐射在大气中的传输特性以及红外成像系统自身的性能等。本文推导和分析了红外成像系统的作用距离公式，从目标和背景的红外辐射特性、大气对红外辐射的吸收、散射和衰减及系统自身性能三个方面介绍了影响红外成像系统作用距离的因素。大气环境对红外辐射传输的影响很大

5、，是影响红外成像系统作用距离的重要因素,且难以用准确的数学公式表达，是计算红外成像系统作用距离的难点。在大气透过率的处理上，本文采用国际公认的MODTRAN软件进行计算。MODTRAN对大气透过率的计算充分考虑了水蒸气、二氧化碳、一氧化碳、甲烷、臭氧等物质对红外辐射的衰减作用，以及大气温度、湿度、海拔高度、能见度、观测路径以及传播距离等因素对透过率的影响，计算结果精确。通过设置MODTRAN的大气参数与探测方式等参数可得到所需的大气透过率数据。根据MODTRAN所得数据，建立了一定大气条件、不同海拔高度、不同路径的大气

6、透过率的数据库，供红外成像系统作用距离计算时调用，使作用距离更快捷、方便、精确。巡航导弹由于具有突防能力强、命中精度高、灵活性强等优点备受各国军方重视，近年来已经发展为现代战争的重要空袭利器。因此有效对抗巡航导弹是防空作战面临的重要问题。正确估算红外成像系统对巡航导弹的作用距离是对其进行探测预警和有效抗击的基础。根据本文所得作用距离公式及用MODTRAN所得大气透过率数据，以Catherine-GP型号的热像仪为例，计算了此热像仪对战斧4巡航导弹的作用距离。计算结果表明该方法具有可行性。最后，利用MATLAB语言计算目

7、标的红外辐射，同时调用大气透过率数据库中的数据计算出红外成像系统的作用距离。根据上述模型，编写出实时计算红外成像系统作用距离的软件。关键词：大气透过率；红外成像系统；作用距离；MODTRANI基于MODTRAN的复杂大气条件下红外系统作用距离计算ABSTRACTInrecentyears,duetotheinfraredimagingsystemcapableofworkingatnightandinbadweatherconditions,farawayoperatingdistanceandpassivework,

8、cannotbeeasilyfoundandinterference,hasbeenattentionbytheworldandwidelyusedinmilitaryandcivilianfieldsofaerospacedetection,remotesensing,nightvision,imaging-guidedtrac