基于对比度的空中红外点目标探测距离估计方法

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1、第!"卷第(期光学精密工程JA;4!"2A4(&""&年*月-D>8I=@BF3?EI8=8ABPB98BEE?8B9M

2、了由气溶胶消光系数和距离参量确定的探测距离方程。然后，对目标天空背景温差、发射率，气溶胶衰减系数，瞬时视场、对比度探测阈值以及辐射波长等参数作了详细讨论。最后，利用,-./012)程序的典型大气模式数据，对红外点目标探测距离进行了数值模拟。关键词：红外；点目标；探测距离；对比度；瞬时视场中图分类号：/3)(&4&文献标识码：1目标到传感器之间路径大气产生的路径辐亮度为!引言!#（$），距离为无限远处的大气背景辐亮度限为红外点目标探测在军事侦察、跟踪和监视，以及!#（6）。红外制导和预警等许多领域

3、具有重要意义。在长距离红外探测过程中，大气传输环节将限制系统探测性能的发挥，并且是影响目标对比度传输的重要因素之一。在以后分析中将看到，大气吸收衰减和路径辐射是引起目标固有对比度的降低的主要效应。传统上，关于红外成像系统对点目标探测性能的分析是建立在噪声限制系统的信噪比分析基础图!红外点目标大气辐射传输及系统探测示意图之上的。文献［!］讨论了噪声限制系统的红外目标7894!:;;<=>?@>8ABAC:0DA8B>>@?9E>?@F8@>8ABD?AD@9@$探测距离。然而，随着探测器件技术的不

4、断完善，>8AB8B>GE@>HA=DGE?E@BF8>=FE>EI>8AB4目前大多数红外成像系统已经是非噪声限制的系统，换言之，是对比度限制的系统［&5(］。因而，有必为了便于讨论，我们引入瞬时视场:7-J（:B$要研究对比度限制系统的探测距离估计方法。=>@B>@BEA<=C8E;FACK8EL）概念，用它表示成像系统可分辨的最小空间尺度［#］。设探测器像元尺寸、下面，将在分析红外点目标辐射传输和衰减机理的基础上，建立表观对比度模型，并进一步推光学系统焦距分别为%和&，则:7-J’%／&。

5、当导对比度限制系统的探测距离方程。红外目标与光电成像系统相距很远，其张角小于红外成像系统的瞬时视场时，它可以视作一点目"表观对比度模型标。在光学系统焦平面上，目标所在:7-J内总如图!所示，目标热辐射发出的辐亮度是!"，的响应功率("由以下三部分组成：第!部分，来自目标并经大气透射衰减后的辐射，它对应的响应功率是收稿日期：&""&$"!$!&；修订日期：&""&$"#$!%基金项目：国防预研基金（2A4%*M&"#4!NO!""(）第$期王刚，等：基于对比度的空中红外点目标探测距离估计方法#..

6、#"于是，得到!!"!·#·""·"%（$）·&’·#’，（!）#$,$"#·"%（$）,"，（!"）第#部分，来自目标所张立体角内路径辐射由公式（!"）可以看出，目标的表观对比度的响应功率,与目标固有对比度,和大气透过率"相关，$"%!·#"·"·&（$）·#，（#）而与光学系统的入瞳面积#、透过率"及探测#"!#"%’*"$器响应度无关。所以，对于点目标探测，对比度!第$部分，是目标所张立体角外的大气背景限制系统的信号表观对比度只取决于目标背景及辐射的响应功率大气透过率。#"!$"!·#·"

7、"·&%（%）·（#()#’），顺便指出，当目标的张角与系统的瞬时视场$相等时，公式（!"）仍然有效，此时。以下，利（$）#"!用公式（!"）推导对比度限制系统的探测距离方式中，表示探测器的响应度；"表示光学系!"程。统的透过率，"（$）表示距离为$的传输路径对%应的大气透过率；#表示光学系统入瞳面积，#*’表示目标在观察视线方向的投影面积，#表示在!探测距离方程(物方目标所在位置对应的瞬时视场投影面积，并有#&（’()*·$）#。对于波长为$的单色辐射，设目标表面发射(另一方面，相邻瞬时视场内

8、接收大气背景辐率是%’，绝对温度是.’，则目标的辐射亮度可以用123456黑体辐射公式表示［.］射所对应的响应功率由下式给出),#"（.）"%’/!$，（!!）!+"!·#·""·&%（%）·#(，（+）&’’!789（/／$.）$#’依据对比度定义［,］，经过大气环节衰减后的式中，/和/为常数。类似地，设大气背景的绝对!#目标与大气背景的表观对比度可以表示成气温是.，则大气背景辐亮度限为&（%）也可%%!’)!+表示为发射率是近似等于!（观测路径接近水平,$"，（,）!+方向）的黑体。并有令#