红外动态目标热图像物理生成装置

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1、·8论文与报告航空兵器2001年第1期红外动态目标热图像物理生成装置吴永刚(中国空空导弹研究院洛阳，471009)摘要：基于M0s电阻阵的虹外动态目标热图像生成装置，是一种应用于虹外成像精确制导武嚣、各种红外探测系统、红外信息敏感器等国防尖端装备研制所必须的高新技术装置。它对国防装备的发展具有重要意义。该装置由计算机图像生成系统、M0s电阻阵列、虹外光学准直系统、环境葙、基底冷却系统、计算机控制器等六部分组成。热图像光谱范围1—14．urn，最高温度771K，帧频100Hz，图像无闪烁，无光晕。关键词：红外成像MOS电阻阵热图像计算机图像生成红外光学冷却系统围1～14．urn，温

2、度范围300—8COK，温度分辨率在高1引言温下为1K，非均匀性20％，热图像无串音，无闪烁。需求和现有技术的不足是创新的源泉。红外动该装置的样机和热图像见图1及图2。态目标热图像物理生成装置正是应尖端军事装备的需求和目前技术上的空白而进行创新的一种高新技术装置。随着现代精确制导武器、动能杀伤武器、各类红外探测装置及红外吊舱等国防尖端武器的发展，亟待寻求一种能在实验室条件下产生逼真的动态红外景象热图像的方法来实现武器系统仿真和系统性能的评估，并提出武器系统修正依据。为此，近二十年来，美、英、法等世界先进工业国家积极探索和试验各种物理类型的动态热图像生成方法，包括激光扫描、红外CR

3、T、液晶光阎及MOS电阻阵等。但至今比较成功的大致有美国的H0Il公司研制的MOS电阻阵列，H·异h导公司的液晶光阎及英国BAe图1样机公司研制的基于MOS电阻阵列热图像生成装置，特别是基于MOS电阻阵列的装置已经在美、英、德、法等国的先进武器系统的研发中得到应用。我国随着精确打击武器的发展，也提出了动态红外目标与环境景象物理生成装置的研究。我院承担的基于MOS电阻阵列的红外动态目标热图像物理生成装■■置，目前已完成了整套样机的研制，并取得了突破图2用AGEMA一900拍摄的热图像性的结果，达到了90年代初、中期的国际先进水平。具体性能如下：像元数4096，帧频100Hz，像元2

4、装置的组成及其功能的热辐射上升和下降时间为0．3ms及0．1ras，光谱范红外动态目标热图像物理生成装置的主要作用收稿日期：2001—01—02是在实验室条件下，生成各种红外目标及干扰环境吴永剐：红外动态目标热图像糟理生戚装置·9·热图像。利用这种热图像对红外成像制导的各类武产生64路D／A同步输出信号，同时产生64路列选通器进行系统方案、目标识别、跟踪状态、数据处理、信号，最终实现每个像元以1001-Iz帧速的图像数据更抗干扰能力等各种性能的测试与评估，以及武器系新，并保证对每个像元唯一确定的寻址和独立的温度统动态行为的仿真。根据试验结果，将对武器系统控制。控制器由单片机时序逻

5、辑控制器、双端口提出迭代修改系统参数的依据；在武器系统定型阶RAM、D／A转换器、列选择器、接口转换器等组成。段，将为靶试大纲提供技术数据；进A批量生产阶基于MOS电阻阵列的红外动态目标热图像物理段，成为产品检测的必不可少的装置。因此该类装生成装置的原理框图如图3所示。置将成为红外成像制导武器系统研制、生产、维护等全寿命过程中测试、评估、鉴定的重要工具该装置主要由以下六部分组成：(1)计算机图像生成系统计算机图像生成系统主要产生具有红外特征且与MOS电阻阵列相匹配的视频动态图像，由PC微机、图形卡、图形软件、目标红外特征数据库、各种测试软件以及MOS电阻阵的驱动软件等组成。(2)

6、MOS电阻阵列MOS电阻阵列是该装置的核心器件，其主要功能是将计算机生成的视频图像转换成红外热图像。它由高密度的64×64MOS电阻阵元组成。像元尺寸3为230~rn×230tm~．内含两只Mos管和一只保持电MOS电阻阵列是由高密度的64x64微细电阻阵容．主要起控制和热辐射的保持作用。每个像元在元集成于18ramX18trma的硅基片上。为了克服图像温度上相互高度隔离，整个阵列可太于400Hz驱动。弥散，将每个电阻元悬置于基片上生成的凹型空腔(3)红外光学准直系统上，使每个像元在温度上相互高度隔离，同时防止红外光学准直系统的作用是把生成的红外目标热损失。空腔尺寸为踟}X80m

7、'n。为了生成具有红外和环境在光学上使其处于无穷远处。这种红外透射特征分布的无串音、无光晕的清晰的高帧速热图像，式系统是三片分离透射系统，两边采用锗材料，中在MOS电阻阵列芯片设计中要考虑以下几个问题：间一片为硒化锌材料。焦距为287．5mm，视场为6。(1)最大限度控制串音。串音的影响是使图像×6。，出瞳口径为80mm，透射率太于8o％，筒镜设变模糊，降低图像的分辨率和对比度产生串音的计时采用消杂光措施。方式有两方面，一是相邻两热像元之间的热传导，(4)环境箱二是衬底局部过热而