空间环境中红外成像传感器成像质量仿真分析

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1、空闸环境中红外成像传感器成像质量仿真研究红外成像传感器成像特性进行仿真对整个系统的优化设计与性能评估具有举足轻重的作用，有着重要的意义。12国内外发展状况红外成像传感器现较多的应用于军事领域，国内外的研究状I兑届于关系国家安全的敏感问题，齑询与此柏关的信息非常网难。再者，航空航天技术属于当今前沿科技，关系到国家的战略制高点和太空核心利益，因此关于此类的文献也是寥寥无几。在所查阅的文献中，有三套国外关于空州环境中红外成像传感器系统的应用：SBIRS【“J(SpaceBasedInfraredSystem，如图11

2、)：可以满足21世纪二三十年代美国红外空间监管需要的系统，用于特定地区的导弹预警、导弹防御以及收集战场信息。它由地球同步轨道运行的卫星、高椭圆轨道的星栽传感器和地面控制与数据处理中心组成．装配有与美国空军新型红外传感器相配套的软件。SBIRS通常指的是SBIRS．High，它由4颗地球同步卫星和2颗起主导作用的高椭圆轨道卫星组成。SBIRS-Higll将取代现有“防御支持i4划”(DefenseSuppoftProgram)的卫星，主要加强战略弹道导弹预警能力。并计划在2009年发射SBlRS地球同步卫星。SB

3、IRS还有一个叫SBIRS．Low的系统，隶属于导弹防御署(MissloDefendseAgency)．更名为STSS(SpaceTrackingandSurveillanceSystem)，它由大约24颗近地轨道卫星组成，包括一台红外扫描传感器和一台红外跟踪传感器：主要用来跟踪弹道导弹并分辨出弹头，将在2010年完成部署。凹11SBIRS的组成MTll51(MultispeetralThermallmager，如图1．2)：由附属美国能源部的防扩散和国家安全办公室所管辖的一个天基研究与发展的项目。它的主要目的

4、是用先进的多光谱和热成像图、数据处理还有相笑技术来探测大规模杀伤性武器的设施，以及这些设施所释放的化学气体等。它的卫星搭载着一台精密的望远镜，能日夜交替的收集15个光谱带的图像数据信息，这15个光谱带涵盖可见光谱段至远红外第一章绪论谱段。图1．2MTl的组成SPIRITIⅡ岬1(TheSpatialInfraredImagingTelescope111)：由犹他州大学空间动态实验室装配在MSX[10-13l(Mid-CourseSpaceExperiment，如图l3)实验平台上的一个红外组件。它包括一台辐射计

5、、一台自动调整的干涉光谱仪和一台固态氢低温恒温器。用来探测地球边缘背景、空间目标以及大气上层现象的光谱、时间、空间和密度等方面的信息。收集的信息服务于防御预警系统的部门和未来威胁探测系统设计的规划人员。图13MSX的组成和SPIRITHI早在1962年，JollIlHShaw就开始了太阳系中辐射环境的研究。他研究了太阳系内辐射源产生的辐射粒子密度和光谱范围，以及受太阳活动周期影响的粒子辐射状况Il”。自此，国内外对空间辐射环境的研究广泛开展。1995年，李世清和鄢和平对空间辐射效应作了介绍【1月；1999午，王

6、同权等人分析了空间辐射环境中的辐射效应【l”，之后，他们于2000年进行了空间辐射效应的蒙特卡罗模拟lI-fl；20074空间环境中红外成像传感器成像质量仿真研究年3月，高欣等人对空间辐射环境和测量方法进行了阐述，给出了近地轨道与地球磁层之外的空间辐射环境来源和组成，以及模拟空间环境效应的各种方法的发展情况【18】；2007年10月，薛玉雄等人在SpaceRadiation5．0软件平台上模拟实现了地球同步轨道的典型空间辐射环境【191。随着星载成像设备开始装备太空，国内外也开始了空间辐射粒子对成像核心器件的作

7、用研究。1977年，N．S．Saks研究了在高速中子流辐射下CCD中暗电流的产生【20】。1989年，J．Janesiek和T．Elliott给出了CCD在辐射下的损伤情况【211。1991年，同样是J．Janesick和T．Elliott等人，对质子辐射下的CCD进行了实验和分析【22J。当前，国内在这方面的研究多集中在伽马射线对成像核心器件的性能影响上，主要由中国科学院上海技术物理研究所传感技术实验室进行。该实验室的胡新文等人在1998年对伽马射线辐照中中波HgCdTe光导器件性能影响作了研究田J，对中波H

8、gCdTe光电导期间用不同剂量的伽马射线进行辐照，测量了辐照前后的响应光谱、体电阻和响应率、探测率的变化；该实验室的黄杨程等人在2005年进行了InGaAs红外探测器的伽马辐照研究【24】，测量了器件在不同伽马辐照剂量下的响应光谱、电流．电压特性和噪声。1974年，B．J．Thompson等人就在其著作里提出了空间环境中的若干光学问题，对空间环境中温度的变化引起的离焦作出了阐述125】