[发明专利]基于红外热像仪的目标红外积分辐射强度测试方法及设备

说明书

本发明公开一种基于红外热像仪的目标红外积分辐射强度测试方法及设备，设备包括红外热像仪、红外滤光片、激光测距仪、数据采集计算机；根据目标积分辐射强度的测试波段要求，选择红外滤光片并将其安装在红外热像仪上；调节红外热像仪和被测目标间的距离；调整红外热像仪镜头焦距，设置目标发射率参数，在热像仪观察窗口中选择目标区域，确定目标所占的像素范围，通过计算机采集被测目标的表观温度分布；测量目标与红外热像仪间的距离；计算出测量距离下的大气透过率；计算被测目标的红外积分辐射强度。本发明使得红外积分辐射强度的测量不再受到红外辐射计等积分辐射测量仪器的限制，具有测量成本低、测试精度高、使用前景广泛等特点。

技术领域

本发明涉及红外辐射测试技术领域，特别涉及一种基于红外热像仪的目标红外积分辐射强度测试方法及设备。

背景技术

随着科学技术的不断进步，红外测试技术正广泛地应用于军事技术和国民生产等领域。在军用方面，红外探测、制导武器根据接受到的红外辐射特征对各类军事目标进行探测、跟踪、识别；在民用方面，红外测温作为一种非接触式测温方法，在工业生产和日常生活中得到了广泛应用。描述目标红外辐射特征的物理量有很多，如光谱辐射亮度、积分辐射强度、辐射照度等。在这些物理量中，积分辐射强度是一个重要的辐射特征物理量，其物理意义是目标在单位时间内向空间单位立体角内辐射的能量，单位为W/sr。目标的红外积分辐射强度常作为各类武器装备红外隐身性能的指标，也是各类红外导引头设计的输入参数。因此，获取目标的红外积分辐射强度具有重要意义。

对目标红外辐射特征的研究一直是研究人员关注的研究课题。目前，获取目标红外积分辐射强度的途径主要有数值模拟和实验测量两种。考虑到节省成本，获取目标红外积分辐射强度的途径以数值模拟手段为主。近年来，研究人员发展了一系列计算目标红外积分辐射强度的数值方法，如离散传递法、反向蒙特卡洛射线追踪法、热流法等。文献“谈和平,夏新林,李林,鲍亦令,余其铮.用DT法求解三维圆柱体半透明介质内辐射与导热的非稳态复合换热,计算物理,1995,12(2):241-247.”表述了离散传递法计算目标辐射特征的计算思想，即从目标的每个边界网格节点向半球空间发射出n条射线，将整个半球空间划分成n个立体角，每条射线都由引出点经过半透明介质到达另一边界，沿着每条射线求解辐射传输方程，在n个立体角内对辐射强度进行积分，进而计算得到目标的红外积分辐射强度。文献“朱文秀.三维圆柱形半透明介质的辐射与导热复合计算,哈尔滨：哈尔滨工业大学能源科学与工程学院,1993.”介绍了蒙特卡洛法计算目标红外辐射特征的思想，即将目标的辐射传输过程分解为发射、透射、反射、吸收和散射等一系列独立的子过程，并把它们作为随机问题来处理，建立每个子过程的概率模型；令每个控制体发射一定量的射线，跟踪并统计每条射线的归宿，得到该控制体辐射能量分配的统计结果，进而计算得到目标的红外积分辐射强度。由于目标辐射传输的复杂性，上述这些数值方法不可避免地引入了一些简化模型和假设。采用这些方法计算得到的结果能够反应目标一般的红外辐射特征，但要作为武器装备红外隐身性能的指标或红外导引头的设计输入，还有待进一步的实验验证。

测量目标红外积分辐射强度的仪器通常为红外辐射计。文献“罗明东,吉洪湖,黄伟,蔡旭,高潮.用FTIR光谱仪测量排气系统中红外光谱辐射强度的方法,航空动力学报,2007,22(9):1423-1429.”和“罗明东,桑建华,黄伟,吉洪湖,刘福城.FTIR光谱仪8～14μm红外波段定标方法及测试应用,测控技术,2013,32:171-175.”针对傅里叶变换红外光谱辐射计(FTIR)发展了测量发动机排气系统红外光谱辐射强度和积分辐射强度的方法。然而，目前国内尚无设计生产红外辐射计的公司；国外也仅有FLIR、ABB、Telops等几家欧美公司能够设计生产红外辐射计，且出口到我国的红外辐射计受到一定限制。因此，国内进口的红外辐射计数量很少，工作波段范围窄，且单价很高。目标红外积分辐射强度测量设备和测量方法的欠缺大大制约了我国在目标红外辐射特征领域的研究。