受到测量方法的限制,现有的辐射校准系统只能在小-中型红外成像模拟器光学系统的透过率发生变化时实现辐射测量,无法在大型红外成像模拟器的视场光阑发生变化时实现辐射测量。针对大型红外成像模拟器部分仿真状态无法评估的问题,提出基于成像/光强变化响应的测量方法,并设计新型红外辐射校准系统。系统研制完成后,针对红外成像模拟器多辐射参数测量的需求,提出多参数标定方法进行系统标定。系统的辐射照度为6×10 ^-10~7×10 ^-4 W/cm ²,工作波段为2.05~2.55 μm和3.70~4.80 μm,测量不确定度为1.88%。最后,利用新系统校准大型红外成像模拟器在不同仿真状态下的输出辐射。校准结果表明,新方法和新系统可以使大型红外成像模拟器在全仿真状态下实现多参数测量。

吸收式激光雷达在大气环境探测领域中发挥着重要作用, 其数据的准确性、复现性以及不同系统测量结果的可比性都直接影响到系统测量数据对环境治理工作的价值。基于气体分子对光波的差分吸收原理, 设计了一体化吸收式激光雷达校准系统, 采用与多种不同标准浓度气体对比的方法实现对雷达系统的精确校准。通过对雷达校准系统的核心部件--多程反射腔进行了仿真模拟, 确定了系统中反射腔镜片的相关参数。最后利用甲烷气体对这一标定系统进行了测试。实验表明, 该校准系统可以在一个大气压内实现对激光雷达的快速校准。

针对国内军用及民用各类型天线及目标特性测量常用的紧缩场静区平面波幅相性能现场校准需求, 开展了 0.3~110 GHz紧缩场现场校准系统的优化设计。研制了微波幅相收发系统、一体化接收探头天线和八自由度、高精确度可移动大型极坐标扫描设备(半径 3m, 平面度均方根值 0.04 mm), 完成了大型紧缩场静区性能校准系统的研制。利用某航天单位的紧缩场对系统性能进行了现场试验验证, 结果表明, 研制的校准系统功能强, 指标高, 可以满足各类型紧缩场校准需求。

基于红外目标模拟器动态校准系统的应用场景, 分析了动态校准系统光学系统的设计特点, 指出光学系统应选择折反式二次成像光路结构。基于经典的光学系统无热化原理, 以光机材料精密搭配与计算为基础细化了该折反式光学系统的无热化方法, 基于该方法设计了F/2、焦距370 mm、工作波段3.7~4.8 ?滋m、总长为182 mm的光学系统, 光学系统采用512×512、15 ?滋m×15 ?滋m规格的斯特林制冷式探测器, 光学系统在-40~60 ℃范围内成像质量接近衍射极限。建立了光学系统鬼像和冷反射分析模型, 分析结果表明: 光学系统杂散光抑制能力较强、性能优异, 满足红外目标模拟器动态校准系统在复杂恶劣环境下的使用要求。

针对中性密度滤光片(以下简称滤光片)型近红外多通道光衰减器,提出了一种校准系统设计方案,并通过搭建校准系统对其进行了验证。结果表明,与传统的校准方案相比,本方案不仅能够缩短多通道可调衰减器的校准时间,而且还能够提高仪器的校准精度。

分析了激光投线仪的工作原理及其基准误差的产生原因。基于此, 提出了一种新型的激光投线仪校准系统, 用于弥补传统校准方式占地面积大、精度值难以量化、人为因素影响较大等缺点。研究了一套采用平行光管角度测量与机器视觉测量结合的检测方法, 通过检测激光线的直线度和垂直度来实现仪器的校准。该系统由8个采样管构成数据采集平台, 从而达到多维校准的要求。采用VC++与Matlab混合编程的方式编写系统软件, 通过调用动态链接库的方式使两种语言相结合。实验测试表明, 该系统操作简单, 效率高; 与传统校准方式相比, 其节约了场地长度, 整个系统的占用空间控制在8 m3以内; 另外, 系统提高了校准精度, 其水平线和铅垂线平均精度可以达到±0.2 mm/5 m, 正交线精度可以达到±23″。

为了提高热电偶动态校准的准确性, 采用半导体激光器、红外探测器和被校准热电偶组成新的热电偶动态校准系统, 分析了动态校准中红外探测器静态校准目的。根据反向传播神经网络原理, 确定了反向传播神经网络的结构和参量, 同时针对普通K型铠装热电偶进行了动态校准实验, 得到红外探测器静态校准数据,由此数据采用最小二乘法和反向传播神经网络分别进行数据的非线性拟合, 对两种方法的拟合结果进行了分析, 并给出了拟合曲线。结果表明, 在样本数据少、分布不均匀的情况下, 反向传播神经网络拟合效果优于传统的最小二乘法, 减小了由于数据拟合所带来的误差, 能够更加准确地获得热电偶动态特性, 实现热电偶动态补偿。这一研究结果对于热电偶动态特性研究具有重要的参考价值。

为了提高红外探测器检测红外微弱信号的精度, 采用晶体管恒流偏置电路, 使用低噪声高速运算放大器构成了前置放大电路。运用电路理论建立放大电路的噪声等效模型, 采用叠加法计算1级放大输出端的噪声电压。通过中温黑体炉红外辐射实验, 测试电路性能, 取得了500℃~700℃时的电压波形, 计算得出信噪比为7.25×103。结果表明, 红外探测器前置放大电路达到高信噪比、响应速率快、抗干扰强的应用要求, 可以对红外微弱信号检测放大。

为了改善温度传感器动态校准系统中的晶体透镜对激光束的聚焦效果，使用离轴90°抛物面镜代替晶体透镜对系统进行了改造，通过几何光学方法，对离轴90°抛物面镜应用于激光聚焦光路时的光轴的角度失准对聚焦光斑造成的影响进行了分析，并利用改进后的系统对CHAL-010型热电偶进行时间常数测试和动态校准实验，得到了CHAL-010型热电偶在温度阶跃为242℃左右时的时间常数值，完成了该热电偶的动态校准。结果表明，采用离轴90°抛物面镜代替温度传感器动态校准系统中的晶体透镜能达到温度传感器动态校准的目的。