为分析研究运输类飞机的红外辐射特性及辐射亮度分布, 用3.7~4.8 μm中波、7.7~10.3 μm长波红外热像仪对空客A320飞机迎头飞行状态的红外辐射亮度进行了测量, 并用相对对比度对红外辐射进行描述。结果表明, 该状态下飞机红外辐射主要来源为气动加热造成的蒙皮辐射。涡轮风扇高速旋转状态下的中波、长波辐射亮度对比度分别达到了0.61、0.37, 高于机身其他部位的蒙皮辐射亮度; 机翼和尾翼中波、长波辐射亮度对比度分别在0.04~0.05、0.02~0.10, 为该飞机蒙皮辐射亮度最低的部位; 机腹、机头部位中波辐射亮度对比度高于长波辐射亮度对比度, 对比度分别在0.30~0.33、0.16~0.18。研究结果对目标特性研究、红外侦察探测、红外侦察设备研制及检测等工作具有一定的参考价值。

为体系化地开展地面目标的光谱辐射特性测试, 提高光谱辐射计在地面目标红外特性测试中的精度, 本文系统地介绍了基于光谱辐射计的地面目标红外辐射特性测试原理、光谱数据定标原理、目标测试及大气透过率测试方法。以基于光谱辐射计的航空发动机红外辐射特性测试为例, 详述试验方案设计、试验实施过程、测试结果及分析。试验数据表明了本文所述方法的可行性和正确性, 针对航空发动机的红外辐射特性测试方法也可推广应用于其他各类型地面目标的红外特性测试与评估当中, 支撑地面目标红外光谱特性及隐身特性的研究。

红外大气透过率是分析目标红外辐射特性和红外辐射反演计算的重要基础。针对Modtran等大气透过率计算软件难以与红外辐射特性测量系统集成的问题, 在大气透过率经验公式基础上进行推导, 提出一种适用远距离、任意传输路径的红外大气透过率的工程计算方法。方法基于传输路径上的地理位置对大气分层, 使用实测数据提取大气模型参数, 实现中等分辨率远距离中波红外大气透过率的快速工程计算。计算结果表明, 工程计算得到的平均透过率接近Modtran, 且易于与实时系统集成。

为了同步获取夜间晴空视线无云下整层大气透过率和水汽总量,将望远镜、多波段滤光片与近红外增强型CCD相结合,搭建了利用恒星辐射进行测量的研究平台。首先通过望远镜收集恒星辐射,辐射通过分波段滤光片滤光,利用CCD采集恒星图像。进一步提取拍摄图像的灰度值,采用Langley标定法计算整层大气透过率,同时利用改进的Langley法计算大气水汽总量。对测量结果、激光雷达和微波辐射计的测量值进行比较,验证了测量方法的可靠性。所开展的工作丰富了夜晚同步测量整层大气透过率和水汽总量的手段,对空间遥感和气象研究有一定的应用价值。

整层大气透过率是反映大气光学特性的一个重要参数, 在激光大气传输、红外辐射传输的研究以及光电系统的工程应用中都具有非常重要的研究意义。介绍了激光外差技术的测量原理, 并着重介绍了利用激光外差光谱技术高分辨测量整层大气透过率的原理和方法, 以及同步反演水汽廓线分布、柱浓度的方法。进而介绍了课题组研制的 4.5 μm、3.53 μm 波段高分辨率激光外差光谱仪, 光谱分辨率分别达到了 0.006 cm-1、0.002 cm-1, 以及利用这些测量装置在合肥开展的整层大气透过率测量与水汽浓度反演的典型结果。最后对激光外差技术在光电系统工程应用中的后续发展进行了展望。

针对传统大气透射仪收发基线固定、采样空间有限、透过率模型适用性差等问题,设计了一种变基线大气能见度测量系统。该系统的激光发射单元固定,光学接收单元可移动,能在不同基线长度上获得大气透过率。通过测量多点大气透过率并进行最小二乘拟合,得到大气消光系数和大气能见度。在大气能见度分别为200,800,2000 m时,对本系统和传统大气透射仪进行了仿真实验。结果表明,本系统测量得到的大气消光系数均方根误差均低于传统大气透射仪,可以有效减小系统误差和随机误差对测量结果的影响。在大气模拟舱内开展的外场实验也验证了本系统的有效性和稳定性。