针对红外导引头注入式试验过程, 研究分析影响红外制导结果的主要场景因素, 定义面向制导过程的目标场景复杂度的概念; 根据红外导引头在不同目标场景中制导难点的差异, 将目标场景根据目标的运动状态分为“静态目标场景”、“动态目标场景”两种类型, 分别建立两种情况下目标场景复杂度的计算表述方法, 并通过仿真实验验证评估方法的可行性。研究结果对红外制导仿真试验前期注入目标场景的构建和选择提供了数据理论参考, 同时能作为红外制导**场景适应能力评价工作的数据依托。

低温光学能够降低红外光学系统自身热噪声, 有效提高探测灵敏度。支撑结构是实现光学系统在低温下正常工作的关键部件。设计的透射式低温光学系统工作温度为150 K, 采用脉冲管制冷机这种新型机械式低温制冷机做冷源。因制冷机冷指直径较小, 直接冷却光学透镜会在透镜内部产生较大温差, 影响成像质量, 为此设计了一种新型支撑结构, 一方面设计了新型的轴向支撑和径向支撑用来减少透镜在低温下的形变, 另一方面建立了透镜与脉冲管制冷机之间的传热模型, 来指导支撑结构热设计, 减小透镜内部温差。最后, 对透镜支撑的低温性能进行了测试, 实验结果表明, 经过3 h, 透镜温度由300 K降至150 K, 支撑结构很好地保护了透镜并且在降温过程中透镜内部温差小于1 K。当温度从300 K降低到150 K时, 光学表面的最大变形小于1 λ(1 λ= 632.8 nm)。支撑结构从机械和热学性能上满足了低温光学系统的需要,为机械式制冷机冷却光学系统的光机结构设计提供了一种新选择。

基于黑体标定的非均匀性校正方法在凝视红外成像系统中被广泛应用, 但在面对天空背景成像或者高速飞行器上透过高温光学窗口观察常温目标两种情况下, 出现了黑体标定不适用的现象。为此通过分析红外成像系统的响应特性, 提出了响应光谱非均匀性的概念, 指出了黑体标定法具有场景光谱分布依赖的特征。同时, 分析了响应光谱非均匀性产生的原理, 包括内外两方面原因。内在因素是红外探测器不同像元的量子效率随光谱变化存在差异, 外在因素是应用场景的辐射光谱分布与黑体相差较大。在此基础上, 给出了解决响应光谱非均匀性的建议。

针对空空导弹的末端制导，提出了一种红外成像与激光测距共孔径的复合导引头光学系统设计方案，可对空中典型目标进行精确探测和跟踪。该系统采用被动红外成像和主动激光测距两种模式进行复合制导，被动红外成像可对目标进行搜索和捕获，主动激光测距可获得精确的弹目距离信息。该复合导引头中被动红外成像与主动激光测距共用一套光学系统，既满足目标搜索和捕获阶段的大探测视场需求，又可以利用精确的弹目距离信息提高导弹比例导引的制导精度。

超声红外热像技术是一种新型无损检测技术, 裂纹生热效果直接决定了裂纹的可检测性, 而激励源位置是影响裂纹生热的因素之一。针对激励源位置对裂纹生热影响不清楚的问题, 建立了超声换能器与被测金属平板的有限元模型, 并搭建了超声红外热像检测系统; 研究了不同激励源位置时裂纹的生热特性; 并利用等效摩擦力、等效速度以及等效热流进行了有效验证。研究表明: 当激励源位于裂纹面正下方时, 由于裂纹面两侧振动同步, 裂纹生热效果将受到抑制; 而随着激励源位置向两侧移动, 裂纹生热呈现出先波动上升后波动下降的趋势, 而且预紧力越大波动越剧烈。研究成果有效地揭示了激励源位置对裂纹生热的影响规律, 为超声红外热像技术的检测优化奠定了理论基础。

隐身飞机与新型红外干扰技术的发展, 对空空导弹的红外探测与抗干扰能力都提出了更高的要求。红外成像探测系统是实现红外空空导弹远距离探测目标的关键, 其所提供的目标、背景和干扰信息是红外空空导弹实现目标识别和抗人工与背景干扰的基础, 因此, 红外探测技术的发展是影响红外空空导弹未来发展方向的关键之一。本文首先介绍了空空导弹红外成像探测技术的现状与特点, 最后分析了空空导弹红外成像探测系统的关键技术和发展方向。

本文对读出原理、像差要求、图谱质量进行深入研究，进而对读出技术进行深度整合与简化，实现光读出FPA红外成像系统小型化、轻量化、集成化。首先，从FPA的热-机械效应出发，介绍了光读出FPA红外成像系统的工作原理; 然后，针对通常采用的光读出FPA红外成像系统体积大、重量大、结构复杂缺陷，提出了高集成度的新型光读出系统; 接着，在分析讨论读出光路像差容限、特点的基础上，对以异形棱镜为核心元件的光读出系统进行了具体的光学仿真设计; 最后，设计了集光、机、电、软技术的集成式光读出FPA红外成像系统。对系统样机测试结果表明: 在确保成像性能的前提下，光读出FPA红外成像系统的体积减小到175 mm×83 mm×105 mm。以异形棱镜为核心元件的光读出技术，在满足成像精度和灵敏度的前提下，可减小读出系统的复杂程度，有效降低了光读出FPA红外成像系统的体积和重量，从而促进光读出FPA成像系统的工业化应用。

提出一种采用数字图像注入式方法进行红外成像导引头闭环仿真和性能测试的方法。由于注入式仿真试验时红外导引头的红外探测分系统被图像仿真和图像注入设备取代不参与工作, 故导引头稳定跟踪回路性能会发生变化。为使注入式闭环仿真试验结果准确可信, 建立了评价红外成像导引头仿真试验和实际工作两种情况下稳定跟踪回路性能一致性的指标体系, 给出了一致性评估方法。 最后, 建立了红外成像导引头稳定跟踪回路仿真模型, 开发了红外导引头数字图像注入式闭环半实物仿真试验系统并在一导引头实物平台上开展了实验。结合建模仿真与实验验证手段得到了红外导引头数字图像注入式闭环半实物仿真试验系统的边界能力。结果表明: 在失调角延时小于73 ms, 失调角误差小于0.18°, 目标运动最大角速度小于1(°)/Hz时, 导引头在注入式仿真试验和实际工作两种情况下的稳定跟踪性能可保持一致。 实验结果为红外成像制导**快速形成图像注入式闭环试验鉴定能力奠定了基础。

研究了刃边法测试光学系统调制传递函数(MTF)的原理, 提出将改进倾斜刃边法用于红外成像系统MTF的测量。考虑刃边倾斜角度的测量误差和噪声干扰会引起红外系统MTF的测量误差, 采用Canny算子、直线拟合和边缘扩散函数(ESF)重构行数变动等方法来提高MTF的测试精度; 同时针对ESF与线扩散函数(LSF)提出有效的降噪算法来降低噪声对MTF测试精度的影响, 从而系统地降低了MTF的测量误差。搭建了实验平台, 以红外成像系统的理论模型和实测参数得到的MTF曲线为依据, 实验验证了本文方法的有效性, 测试分析了刃边倾角的变化对MTF测试精度的影响。实验结果表明: 通过本文方法测试得到的MTF曲线的测试精度为0.010, 测试重复精度为0.008, 刃边倾角保持在2°~10°。实验结果显示: 本文方法有效地降低了刃边倾角的测量误差和噪声干扰对MTF测试产生的影响, 测试结果具有良好的重复性。

超声红外热像检测技术的可靠性研究具有重要意义，特定检测条件下不同缺陷的检出概率是衡量检测可靠性的根本方法。文中制作了一系列含疲劳裂纹的45钢试件，实验结果表明：当检测条件确定时，裂纹区域响应热信号随着裂纹尺寸的增大而增强，响应热信号的对数与裂纹尺寸大体上呈线性关系。基于超声红外热像检测数据的统计特征，确定了回归分析模型中变量的形式，采用极大似然估计和Wald法分别给出了检出概率曲线的参数及其置信区间。研究成果能够为评价超声红外热像技术中检测可靠性提供量化依据。