基于变焦双波段设计的便携式红外目标模拟器.pdf
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1、红外 年月 (),:文章编号:()基于变焦双波段设计的便携式红外目标模拟器单金山施蕾蕾陶小凯(华北光电技术研究所,北京 ;山东皓视光学科技有限公司,山东 济南 )摘要:随着红外成像设备在军用和民用领域的大量应用,如何快速一致地判断红外成像设备的技术状态并分析和排除故障变得越来越迫切。提出一种基于变焦双波段的便携式红外目标模拟器,通过高精度黑体(温度可调、精度优于 )、卡片插拔式靶标、倍连续变焦双波段投影结构设计来满足红外成像设备中波、长波及不同目标的检测需求。相比于其它模拟器,该模拟器兼顾双波段,提高了设备使用范围;可更换靶标、变焦投影有利于兼顾不同红外成像设备不同距离目标的模拟检测需求。从各
2、项检测试验结果来看,该模拟器达到了预期的目标,满足了实用化的模拟检测需求,解决了成本过高的问题。关键词:红外目标模拟器;红外成像检测;双波段检测中图分类号:文献标志码:犇 犗 犐:收稿日期:作者简介:单金山(),男,北京人,工程师,主要从事红外成像方面的研究。:犘 狅 狉 狋 犪 犫 犾 犲 犐 狀 犳 狉 犪 狉 犲 犱犜 犪 狉 犵 犲 狋犛 犻 犿 狌 犾 犪 狋 狅 狉犅 犪 狊 犲 犱狅 狀犣 狅 狅 犿犇 狌 犪 犾 犅 犪 狀 犱犇 犲 狊 犻 犵 狀 ,(犖 狅 狉 狋 犺犆 犺 犻 狀 犪犚 犲 狊 犲 犪 狉 犮 犺犐 狀 狊 狋 犻 狋 狌 狋 犲 狅 犳犈 犾 犲 犮
3、狋 狉 狅 犗 狆 狋 犻 犮 狊,犅 犲 犻 犼 犻 狀 犵 ,犆 犺 犻 狀 犪;犛 犺 犪 狀 犱 狅 狀 犵犌 犾 狅 狉 狔 狏 犻 狊 犻 狅 狀犗 狆 狋 犻 犮 犪 犾犜 犲 犮 犺 狀 狅 犾 狅 犵 狔犆 狅,犔 狋 犱,犑 犻 狀 犪 狀 ,犆 犺 犻 狀 犪)犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋:,(:),第 卷,第期红外 :(),犓 犲 狔狑 狅 狉 犱 狊:;引言由于红外成像设备具有全天候工作、远距离成像的特点,因此在战场侦察、火控制导、边海防等军用领域有着广泛的应用。近年来,随着国内红外焦平面探测器技术和产业发展的不断突破,红外成像设备在价格下降的同时性能不断提升,从而
4、使得其在公共安全、森林防火、搜 索 救 援 等 民 用 领 域 也 有 了 大 量 的 应用 。红外成像设备出厂时,一般使用红外整机测试系统对其进行评价和检测。在外场使用时,由于缺乏相应的红外整机测试系统,操作人员只能依靠经验对红外成像设备的技术状态进行大致评价,客观性和可信度不高。因此,随着红外成像设备在军事和民用领域的大量应用,如何方便、快速、一致地判断红外成像设备的技术状态并分析和排除故障变得越来越迫切。文献 提出一种红外成像设备外场性能测试系统,其主要特点是一体化设计结构集成了黑体、靶轮、平行光管等主要组件,可在外场完成最小可分辨温差(,)、噪声等效温差(,)、调制传递函数(,)等红外
5、成像设备主要技术指标的测试。文献 提出的一种红外热成像静态目标特性仿真系统,主要组件包括黑体、仿真靶标及靶标轮、连续变焦平行光管、衰减系统等,可在实验室模拟战术指标,从而实现实验室战术指标仿真评估。本文提出一种便携式红外目标模拟器的实现方案,通过对黑体辐射源及光学部分的计算和仿真来保证设计指标。方案实现后,对设备各项指标及主要目标的模拟能力也进行了初步对比检测。结果表明,该方案能够满足要求,可在实验室、外场环境等各种使用场景下模拟不同距离的战术指标,方便快速地实现了红外成像设备战术指标仿真评价,为红外成像设备的性能评价和故障检测提供了依据。系统组成在设计本系统时总体考虑三方面内容:一是可完成红
6、外成像设备在使用维护过程中的基本性能测试和比对,便于操作人员和维修人员对红外成像设备的技术状态进行初步确认。二是使用场景中运输、环境温度变化、风力、测试人员技术水平等影响。通过采用便携式一体化设计、环境适应性设计,简化使用操作来适应各种测试环境和降低对测试人员的要求。三是使用经济性。通过可扩展模块化设计来适应不同产品的测试需求。如图所示,便携式红外目标模拟器主要由靶标及靶标轮、黑体辐射源、中长波红外变焦镜头组成,其工作原理如下:黑体辐射源透射到点目标、线目标、车型目标及人员目标等不同种类的模拟目标靶标上;通过可连续变焦投影镜头对模拟目标靶标进行投影,同时调节黑体辐射源、投影镜头焦距,从而模拟不
7、同距离、不同温差的目标 ;该目标经红外成像设备成像后,通过观察模拟目标成像质量和效果来比较或判断红外成像设备的战术性能。在实现以上功能的同时,通过小型化、集成化设计来减小红外目标模拟器系统功耗、结构尺寸,使其适应性更广,从而满足便携性使用要求。黑体辐射源为满足黑体辐射源进行高精度高稳态温度控制调节功能,从而真实模拟不同温差目标的红外辐射,本设备采用双极性固态控温元件来红外 年月 (),:图系统组成原理框图图典型目标模拟形状示意图实现温度控制调节;采用微腔式结构设计来适应模拟靶标和变焦光学镜头的转接与使用;采用基于防盐雾防霉菌铝合金材料和不锈钢材料的高强度结构设计,在满足便携使用要求的同时具有一
8、定的抗振抗冲击能力;采用低功耗、抗干扰的环境适应性设计来满足非实验室条件(无淋雨)下的长时间温度工作需求。黑体辐射源的技术参数如下:温度调节范围为 ;测温精度(分辨率)不大于 (测试);温度稳定性()的均方根值为 (测试);辐射率不小于 ;工作温度范围为 。靶标考虑红外成像设备的使用场景,本设备的靶标主要包括人员、坦克、飞机等模拟目标,以完成红外成像设备对该类目标探测能力的仿真测 试 及 比 对。另 外 还 增 加 四 杆 靶 来 进 行 和焦面一致性测试。对其测试结果进行分析,完成红外成像设备技术状态的确认和比较。通过增加圆孔靶来进行最小可探测温差(,)测试以及红外成像设备远距离探测性能比对
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