随着红外测温技术的快速发展, 红外测温仪在**及民用领域得到广泛应用, 对测量准确度的要求提升到了新的高度。 面源黑体辐射源作为非接触测温设备校准的核心装置, 近年来受到广泛的关注。 发射率是描述辐射源性能的重要指标, 目前缺少黑体表面形貌对发射率影响的研究。 面源黑体发射率主要由表面凸锥结构和涂覆涂层决定。 为设计出高发射率面源黑体, 以具有凸锥结构的面源黑体为基础模型, 引入间距及涂层结构, 建立具有不同表面结构参数、 单元间距及涂层厚度的面源黑体模型, 设置基底材料为石墨, 涂层材料为氮化硅, 通过有限元软件得到仿真模型的反射率, 利用反射率反演得到其发射率, 绘制3~14 μm范围内的光谱发射率曲线; 研究面源黑体表面的电场分布情况。 分析结构单元的宽高比、 涂层厚度和结构单元间距等参数对发射率的影响。 结构单元高度与发射率成正比、 较窄的宽度对发射率有优化作用, 发射率随宽高比的减小而增大。 涂层结构改变了光谱发射率的下降趋势, 在11 μm后发射率上升, 发射率随厚度增加而增大; 单元间距变化与发射率成正比。 设置初始面源黑体单元结构高度为10 μm、 宽度为1 μm, 在该模型上依次添加2 μm涂层及2 μm间距结构, 进行仿真计算。 优化后黑体辐射源在长波段具有优势, 在3~14 μm波段内光谱发射率稳定, 最低值为0.966; 电场分布图表明了三种结构因素对面源黑体表面能量的影响, 优化得到的模型参数可用于面源黑体的实际制造。 仿真结果表明较小宽高比、 较厚涂层、 较大间距具有提高发射率的能力, 为制造高辐射性能面源黑体辐射源提供了理论参考。

水平方向上的空气对流和复杂的地面状况会导致大气热辐射计算的不确定度增大，目标发射起始段的红外辐射特性测量有助于实现目标识别。因此，研究水平大气透过率和热辐射对目标的高精度红外辐射特性测量具有十分重要的意义。针对以上问题，首先借鉴垂直廓线理论建立了同层大气“水平温度廓线”模型，然后推导了水平方向计算大气透过率和热辐射的公式，并对其进行了实验验证。最后将MODTRAN软件计算和实验测量的大气热辐射结果进行了比较。实验结果表明，传统软件的热辐射计算精度为8.65% ，而本文方法的计算精度为4.91%。该实验说明，在水平方向上，这种算法是正确的。通过公式推导和实验验证说明了该方法的合理性，为水平方向大气透过率和热辐射的计算提供了一种新的思路。

针对红外热像系统检测需求，采用紫铜辐射面、热电制冷器、散热片等设计了红外面源黑体的结构，采用铂热电阻和24位AD采样，实现了环境温度及辐射面温度的高精度采集。为克服黑体时间常数大、响应滞后、环境温度持续扰动等问题，设计了模糊PID控制器，根据偏差及其变化率实时整定控制参数，实现超调量小、响应速度快、稳态精度高等目标。实验及测试情况表明，温控精度为±0.03 ℃，响应时间小于180 s，达到了设计要求。

搭建了辐射定标系统, 使用高精度的面源黑体作为标准辐射源, 对长波红外相机进行辐射定标实验。利用实测数据分析了面阵探测器的响应值与入射辐射、积分时间的关系, 确定了辐射定标模型, 并在此基础上提出了快速辐射定标方法, 即选择2个温度对应2个积分时间组合下的3幅图像, 通过数据处理可实现对辐射定标模型中的参数求解。最后, 使用420组实测数据中的398组有效数据对该简化辐射定标模型进行了可靠性验证, 结果显示, 各温度下模型计算值与实测值相对误差均小于1%, 拟合度均大于0.999。实验表明, 该辐射定标方法在实现对不同积分时间快速定标的同时保证了辐射定标的精度。

中温面源黑体是一种宽带红外参考源，其波长范围覆盖了从近红外到远红外的波段，辐射面的温度具有很高的精度。作为高辐射强度的参考源，中温面源黑体已被广泛应用于红外传感器如辐射温度计、红外热像仪的校准以及样品辐射率或透过率的测量。用基于大辐射面和坚实结构的面源黑体在实验室内或野外测试中对无准直仪时的红外传感器进行了标定。为了提供红外系统性能测试的解决方案，本文对中温面源黑体进行了设计和性能参数测试。结果表明，其主要参数能满足高稳定度和高精度的要求。

红外辐射面源黑体应用于特定红外特性目标的模拟, 各种红外探测、制导系统的外场测试。随着空间应用的红外成像器的口径的增大, 红外辐射面源的口径也相应增大, 为了保证超大辐射面黑体的性能指标满足要求, 必须对其在真空低温条件下进行性能校准。但目前国内还没有相应计量标准, 无法保证测试结果的准确可靠。设计了一种真空低温环境下超大面源黑体现场校准装置, 实现对超大面源黑体的发射率、辐射温度、温场均匀性、温度稳定性等性能参数的校准, 并取得了较好的试验结果, 实现了真空低温环境下超大面源黑体的参数校准。

针对大口径地基红外辐射测量系统在辐射定标时存在定标时间长、成本高和设备机动性差等缺点, 提出一种仅采用低温面源黑体实现红外系统宽动态范围定标的方法.首先对红外系统中的衰减片进行标校, 测量其实际透过率并计算其辐射量; 然后采用低温面源黑体在两个积分时间下分别进行辐射定标, 根据定标结果解算系统响应率、杂散辐射和探测器自身偏置; 结合标校获得的衰减片特性对低温定标结果进行外推, 即可获得宽动态范围定标结果.为验证该定标方法有效性, 分别采用该方法和通用的高温黑体加大口径平行光管定标法, 对Φ600 mm红外系统进行宽动态范围辐射定标实验.实验结果表明：本文方法的宽动态范围定标误差小于10.25%, 能够满足该系统的辐射定标精度要求.该方法只需要一个低温黑体即可实现红外系统的外场宽动态范围辐射定标, 操作简单、实时性强, 具有一定的应用价值.

对风云三号(FY-3)中分辨率光谱成像仪(MERSI)的黑体进行了在轨太阳污染模拟,以掌握在轨太阳污染对面源黑体的影响,同时研究了抑制太阳污染的措施.模拟了FY-3卫星轨道及全轨道周期内太阳光的入射角,使用Tracepro软件建立了太阳污染模拟的模型,利用太阳光入射与MERSI的相对位置对太阳污染进行仿真,分析了污染随光谱成像仪扫描镜旋转和卫星飞行位置的变化.最后,根据分析结果设计了太阳污染抑制措施,并对抑制效果进行了仿真验证.结果表明:在扫描镜附近区域设置遮光板,有效地抑制了太阳光的污染,使辐射量级小于0.1 W,整个太阳污染功率下降了97%以上,对黑体有良好的保护效果.另外,提出的方法提高了面源黑体温度的均匀性和稳定性,保证了红外通道星上定标精度.

目前, 人们在对红外热像仪进行辐射标定时, 普遍采用精度不太理想的最小二乘法。为减少热像仪的系统随机误差、环境波动和黑体温度不稳定等因素对标定结果的影响,提高标定模型的精度, 建立了基于加权最小二乘的红外热像仪标定模型, 并分别基于加权最小二乘法与最小二乘法进行了标定实验和辐射测量实验。实验结果表明, 基于加权最小二乘的标定模型的拟合精度更高, 其在辐射测量实验中的平均测量精度比基于最小二乘的平均测量精度提高了2.3%。基于加权最小二乘的红外热像仪的标定具有较强的实用价值和一定的借鉴意义。