红外搜索系统作用距离的研究

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1、第一章绪论1．1引言红外系统涉及红外物理学、红外光学、红外探测器、信号与处理技术领域⋯；从整体角度考察，红外系统与机械结构、自动控制等学科密切相关；因此可以说，红外学是以光学、电子为基础的综合科学。红外技术是光电子技术的重要组成部分，属于光学的应用分支，是研究红外辐射的产生、传播、转化、测量及其应用的技术科学。任何物体的红外辐射包括介于可见光与微波之间的电磁波段。通常人们又把红外辐射称为红外光、红外线。实际上其波段是指其波长约在O．75微米到1000微米的电磁波。通常人们将其划分为近、中、远红外三部分。近红外指波长为O．75～3．0微米；中红外指波

2、长为3．0"-'20微米；远红外则指波长为20,---1000微米。在光谱学中，波段的划分方法尚不统一，也有人将0．75"--"3．O微米、3．0,---,40微米和40～1000微米作为近红外、中红外和远红外波段。另外，由于大气对红外辐射的吸收，只留下三个重要的”窗口”区，即1"--一3微米、3"-'5微米和8～13微米可让红外辐射通过，因而在军事应用上，又分别将这三个波段称为近红外、中红外和远红外。光学中的几何光学和物理光学同样是红外系统设计中的理论基础乜’33。在红外系统设计中，运用光学设计的一般理论结合红外系统的特点，去做红外系统的光学结构

3、设计。在红外系统的性能分析和计算折中，常用光学传递函数的方法去分析评价系统质量，也常用光学传递函数的方法去进行系统设计。红外系统的结构形式及总体性能与红外探测器的发展密切相关。红外探测器技术的进展是顺应红外系统的需求而来的；另一方面，红外探测器的创新又为红外系统的发展开辟了可能的新途径。如红外CCD(电荷耦合器件)的出现，使红外系统的发展采用各部件的技术进展状况有关。如伺服机构的新思想、稳定机构的新设想、致冷器的微型化等都会给红外系统的发展带来很大影响。红外系统的研究内容可分为结构总体及信息总体两大方面。从信息观点考虑，红外系统实质上是信息接受系统

4、。由景物产生的红外辐射量，需作一定的分析计算以便提取出有用的信息量(如辐射强度、辐射亮度的空间分布和辐射谱分布及有效辐射面积等)。从能有效检测到目标信息和提高检测信噪比考虑，常需要对目标辐射进行调制。研究信号调制理论及调制盘设计方法是红外系统的一个重要研究内容。由目标发出的红外信号往往是相当微弱的。从噪声中检测信号是红外系统必须解决的首要问题。红外信号检测需要研究信号形式、检测准则和检测方法，以及估值问题。检测到的景物信号往往需根据需要作各种形式的处理。信号处理系统的任务是检出所需的景物信息。在现代信号处理技术中有模拟的和数字的两种信号处理方法。其

5、目的都是抑制噪声、检出需用的景物信息。滤波技术、相关技术、图像处理技术以及各种背景抑制技术等等在红外系统设计中都得到了广泛应用。红外系统通常也是一个控制系统，过去在分析计算系统调节质量时总是运用经典的调节原理方法。但是由于计算参量较多因而目前愈来愈多地采用现代控制理论方法进行分析计算。从目标跟踪、识别及多维信号处理等方面考虑，系统中需要运用各种信号处理方法。对信号处理系统的要求不断增多，计算量不断加大，因此在红外系统中采用微处理机是很自然的趋势。采用微处理机不仅会增大信息处理功能，且能提高控制系统的质量。现代红外仪器的计算量已达每秒亿次以上，这需要

6、高速大容量的芯片才能实现，目前已有此类芯片提供。新概念、新技术(如神经网络、多维数据融合技术等)的运用，也必将促进红外仪器想高智能、高效率方向发展。红外技术的应有范围在不断扩大，近年来对远红外波段(25um至1000

7、lm)的研究逐渐受到人们的重视。红外系统设计人员应熟悉激光技术领域中的有关研究内容。外差探测是检测微弱信号的有效方法。红外目标辐射和本振幅射同时作用在探测器上，探测器起混频器作用，由它检出的信号是目标辐射频率和本振幅射频率二者的差频信号。输出功率信噪比除与目标辐射功率成正比外还与本振幅射相关联。本振幅射功率可以做得较强，因此利用外差探

8、测技术能检测的到微弱的目标信号。外差探测器极限为信号光子噪声限。外差探测在红外天文学、通信等方面有着广泛的应用前景。在现代电子战条件下，红外搜索系统在复杂的背景情况能搜索到红外辐射很弱的目标，不受电子干扰，可在电子对抗或射频干扰及反雷达导弹的威胁下正确工作，探测、识别和跟踪空中(包括低空)的小目标，并进行威胁判断和早期报警。因此，它是作为国防或代替监视雷达工作的最佳探测设备。红外搜索系统有多项战术技术要求H1。包括作用距离尽可能远、虚警概率低、探测概率高。其中作用距离受诸多因素限制。它与总体光学系统透过率、探测器性能参数、调制系统效率、信息检测系统

9、信噪比等有着直接的关系，并且受大气传输、目标特性情况的影响。因此，作为一个完善的红外搜索系统，作用距离方程应能正确地反映出