高级红外光电程的导论95精选

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1、高级红外光电工程导论中科院上海技术物理研究所教育中心60序言4第一章红外辐射和辐射源81．1红外光谱81．2辐射测量术语91．2．1定义、符号和量纲91．2．2辐射亮度和理想朗伯体辐射计算101．2．3波段辐射量和光谱辐射量131．3点源和面源131．3．1点源产生的辐照度:141．3．2面源产生的辐照度141．3．3计算实例161．4辐射基本定律171．4．1辐射体的分类171．4．2热辐射定律181．4．2．1基尔霍夫定律、比辐射率定义181．4．2．2普朗克定律201．4．2．3斯蒂芬-波耳兹曼定律

2、221．4．2．4维恩位移定律221．4．2．5微分辐射亮度221．4．3比辐射率251．4．3．1黑体、灰体和选择性辐射体251．4．3．2常用材料的比辐射率261.5黑体型辐射源291．5．1黑体和黑体型辐射源291．5．2黑体腔的有效比辐射率301．5．3典型黑体辐射源的结构311．6红外辐射源341．6．1标准辐射源和工程用辐射源341．6．2自然辐射源351．6．2．1太阳351．6．2．2地球表面361．6．2．3天空371．6．2．4外层空间391．6．2．5月球、行星和恒星391.7目标辐

3、射特性401．7．1有动力飞行器401．7．2人体431．7．3地面车辆431．8红外辐射在大气中的传输431．8．1大气传输过程431．8．2大气吸收441．8．3大气散射451．8．4大气层46601．8．5辐射大气传输的计算491．8．6LOWTRAN7介绍501．8．6．1基本输入参数501．8．6．2气溶胶参数551．8．6．3路径、波长参数5660序言红外线是电磁波谱的一个部分，红外系统是用于红外辐射探测的仪器。根据普朗克辐射定理，凡是绝对温度大于零度的物体都能辐射电磁能，物体的辐射强度与温度

4、及表面的辐射能力有关，辐射的光谱分布则与物体温度密切相关。在电磁波谱中，我们把人眼可直接感知的0.4～0.75微米波段称为可见光波段，而把波长从0.75至1000微米的电磁波称为红外波段，红外波段的短波端与可见光红光相邻，长波端与微波相接。可见光辐射主要来自高温辐射源，如太阳、高温燃烧气体、灼热金属等，而任何低温、室温或加热后的物体都有红外辐射。早在1800年，英国天文学家赫胥尔为寻找观察太阳时保护自己眼睛的方法就发现了这一“不可见光线”。但是，红外技术取得迅速发展还是在二次大战期间和战后的几十年，推动技

5、术发展的原因主要是由于军事上的迫切需要和航天工程的蓬勃开展。通常情况下，红外仪器总被认为是一种无源、被动式的探测仪器，因为它主要探测来自被测物体自身的红外辐射。例如：红外辐射计、热像仪、搜索跟踪设备等就不需要像雷达系统那样的大功率辐射源，红外仪器可对物体自身热辐射进行非接触式的检测，从中反演出物体温度或辐射功率、能量等。红外系统具有全天时、隐蔽性好、不易为敌方干扰等，适合军事应用。但是，并非所有的红外仪器都是无源的。因为，除物体自身热辐射外，自然或人工辐射源与物质相互作用也能产生电磁辐射。电磁辐射与物体的

6、相互作用可以表现为反射、吸收、透射、偏振、荧光等多种形式，利用不同作用机理，可研制出门类众多的红外仪器。如利用物体反射、吸收电磁辐射时的光谱特征，可测量分析物体水份、材料组分等。这一类红外探测仪器还是需要辐射源的。习惯上，我们都是根据仪器自身是否带辐射源来划分被动式或主动式探测仪器。仪器的命名也有所不同，如我们把被动式的辐射测量设备称之为辐射计，如红外辐射计、微波辐射计。而主动式的辐射探测设备相应地称为红外雷达、微波雷达。本课程主要介绍被动式的红外光电探测系统。红外系统的信息流程通常包含辐射产生、传输、采

7、集、光电转换、信号处理等环节。红外光、可见光本质上都是电磁波，波段相邻，红外仪器与可见光仪器的工作原理、信息流程几乎相同，所用的光学系统、探测器虽有差异，但其作用机理、设计方法相似之处甚多，许多遥感仪器也经常集成了可见光通道和红外探测通道。由此，红外光电系统课程重点讲授红外技术，但许多内容对可见光系统也是适用的。60景物辐射大气传输光学系统探测器信号读出制冷装置信号处理显示景物辐射大气传输光学系统探测器信号读出制冷装置信号处理记录传输、执行显示图1.1红外光电系统的组成红外系统技术涉及红外物理、红外光学、

8、红外探测器、信号检测与处理等多个技术领域，是一门工程性很强的综合性学科。可以用辐射、光谱、空间、时间等特性来描述一个红外系统的性能。具体表现为：辐射特性：系统探测灵敏度、信号动态范围；光谱特性：波段、光谱分辨率；空间特性：探测视场、瞬时视场（空间分辨率）；时间特性：扫描速率、扫描效率、电子带宽、数据率等；红外系统的综合性能受到光学结构、探测器、扫描方式等多种因素的限制，而且各种特性相互制约，例如系统的光谱、空间、时间性能会限制