随着光电器件及信号处理技术的发展, 红外成像及光谱探测技术在航空发动机故障监测中的应用越来越受到重视。主要分析了红外技术在航空发动机故障监控中对其工作状态进行监控的应用, 并介绍了温度场探测、尾气光谱分析等方面的国内外研究现状及未来的发展。

在分析盲元特性的基础上, 依据形态学开闭运算对尖峰信号的滤波性质, 提出了一种新的红外焦平面阵列盲元检测算法。选取合适的结构元素, 运用开闭运算的滤波作用对图像进行平滑处理, 从平滑图像中减去其均值得到阵列噪声响应图像, 选取合适的图像均值的倍数作为检测阈值。对阵列图像进行开闭运算并与平滑图像取差后得到对过亮及过暗像素增强的图像, 每个像素与阈值进行比较判别出盲元。

提出了一种基于单目相机的空间非合作目标姿态测量方法。研究了目标姿态测量的基本原理并介绍了基于合作目标和双目相机的优缺点。通过匹配点得到相机的参数模型, 然后利用对极几何方法得到目标姿态。仿真实验表明本文方法能够估计目标的姿态, 为导引系统提供了一种自动获取目标姿态信息的新方法。

大视场推扫式成像光谱仪的驻留时间长, 覆盖范围大, 能比较好地满足海洋遥感的要求。但沿轨和穿轨方向上调制传递函数的差异导致了成像中的“拖影”现像。通过实验获取了系统的线扩散函数; 利用插值法构建矩阵来描述系统穿轨方向上的成像特性; 使用遥感图像“拖影”区域的梯度平方和作为判别依据对矩阵的系数进行调整; 最后使用矩阵对遥感图像进行了矫正。从矫正后的图像来看, “拖影”现像已基本被扣除, 证实了该方法的有效性。

热红外遥感能够准确、快速地检测出火山灰云信息。针对热红外遥感数据和火山灰云检测特点, 提出了基于变分贝叶斯 ICA的火山灰云检测算法, 通过引入贝叶斯网络的条件独立性准则和近似变分算法, 将源信号后验概率分布的计算转化为更容易处理的负变自由能, 去逼近真实后验概率分布的最佳近似值。实验表明该方法取得了 85.25%的光谱匹配度, 检测精度较高。

研究的图像融合技术是以微光图像作为背景, 红外图像作为目标, 两光路图像经过合光棱镜进行光学投影融合的实时融合技术。为了具备良好的融合效果, 红外图像经过预处理后, 用改进的 Otsu算法进行图像分割来实现目标提取, 提取后的红外目标经过改进的伪彩色变换方法进行处理后在 OLED上显示。融合后的系统实时性好, 既可以得到微光细节丰富、较接近可见光视觉感受的背景, 也可得到对比度明显的红外伪彩色目标, 对于战场上的士兵观察环境和快速寻找目标有很大的帮助。

针对红外预警系统分析可疑来袭目标时减少反应时间和降低虚警率之间的矛盾, 提出了一种采用多级预警机制的红外预警实时图像处理系统设计方案, 设置告警级别, 针对不同探测与处理结果给出不同级别的告警信号。同时针对推扫式红外预警系统的成像特点, 采用多路处理方法以提升系统实时性。硬件方面为满足多级预警与多路处理方法的需求, 基于 Xilinx公司的 Virtex 5系列 FPGA与 TI公司 TMS320C6455型高速 DSP为核心处理器设计多核架构, 开发了 FPGA内部的 DSP运算内核, 增强了系统的运算能力。实验表明, 采用多级红外预警和多路处理技术能够在满足虚警率要求的同时提升系统的实效性。

为简洁有效地模拟红外仿真中的地表温度, 对全年中不同季节、不同天气条件下实地采集的材质表面温度及其相关的气象数据进行了回归分析, 模拟出不同气象条件下材质表面温度一日内随时间的变化曲线以及材质表面温度与气温和相对湿度之间的关系曲线, 构建了基于实测数据的材质表面温度经验模型。实验结果表明, 温度场经验模型的平均误差在 1.5℃以内, 可以较为准确地再现温度场的变化趋势以及不同时刻的温度值, 客观上验证了用回归分析方法构建的经验模型的有效性。

针对小型稳定平台转动惯量小易受冲击力矩扰动影响制导精度的问题, 先对稳定平台的力矩刚度进行分析, 根据分析结果对传感器与执行机构进行选型。然后利用经典控制理论为速率闭环设计了普通 PID控制器。通过分析普通 PID控制的不足, 对其进行抗饱和积分、适时不完全微分与非线性优化, 在此基础上引入对误差变化率的观测量, 针对大冲击力矩扰动设计了专家 PID控制器。最后利用 dSPACE搭建的半实物仿真平台对算法进行仿真测试, 测试结果表明专家 PID控制减小了冲击扰动造成的角速率误差与角位置误差, 使稳定平台具有更好的动态力矩刚度。

为了研究 CO2激光对红外热像仪的干扰效果, 用中心谱线为 10.6 μm的 CW CO2激光器以漫反射方式对采用多晶硅 320×240凝视型非致冷焦平面探测器和 HgCdTe 288×4扫描型致冷焦平面探测器的热像仪分别进行饱和干扰实验, 结果表明 CW CO2激光器对非致冷型红外热像干扰效果明显, 当中心谱线不在致冷型红外热像仪响应波段内时仍能形成干扰, 而脉冲 CO2激光器的输出波长不在致冷型热像仪的响应波段内时不能对热像仪形成干扰。

通过对斯特林制冷机驱动控制电路的设计计算和器件优选, 设计了一款以 DSP为核心, 软硬件相结合, 可实现功率和频率连续可调的高精度控制电路。介绍了电路的设计思想、电路组成及功能, 以及实际电路的测试结果。电路具有较宽的功率和频率调节范围, 可满足现阶段大部分线性斯特林制冷机驱动控制的需求。

以堇青石、SiC、Cr2O3、TiO2、SiO2为原料, 与磷酸盐胶粘结剂配料混匀后, 经机械搅拌制备红外辐射涂料, 采用刷涂的方式在高铝砖基体表面制备红外辐射节能涂层。采用 TG-DSC研究分析红外辐射粉末的热稳定性, 利用涂 -4杯和漆膜附着力测定仪对涂料的流动性能和涂层与基体的结合强度进行表征, 采用空冷和水淬方式研究涂层的抗热震性能, 并探讨了碳化硅的含量对涂层红外发射率的影响。研究结果表明: 胶粉比为 2:1时, 获得的涂料均匀, 流动性最好; 以磷酸盐胶粘结剂制备的红外辐射涂料经 1100℃以上高温瓷化后, 红外辐射涂层与基体的结合力增强, 涂层抗热震性能良好; 碳化硅含量为 40%时, 制备的复合红外辐射涂层具有最优的红外辐射性能。此外, 在炭砖焙烧窑上使用该红外辐射涂料后, 炉内温度提高了 128℃, 降低能耗 8%左右。

随着我国智能电网建设进程的推进, 其中的智能电气设备能够自动识别故障显得尤为重要, 许多电气设备故障都伴有过热现像并具有区域性的特点, 体现在红外图像温度与其灰度值具有非线性的映射关系。针对电气设备红外图像对比度差、细节不明显等特点, 提出了一种基于非线性 NSCT(Nonsubsampled Contourlet Transform)变换的图像增强算法, 在算法中构造非线性增强匹配函数, 能够对图像强弱边缘进行不同程度的增强, 并对噪声有一定的抑制作用。对红外图像进行增强后通过拓扑矩阵修改, 实现了图像较高灰度值区域的识别标记, 从而实现了电气设备温度过高区域的自动定位, 之后采用相对温差法对设备是否为故障进行诊断。实验结果表明, 本文方法能够迅速有效地对电气设备疑似过热故障进行自动诊断和定位。

InGaAs器件具有光谱响应宽、量子效率高、响应速度快、数字化读出、高温工作、可靠性好以及寿命长等优点, 符合新一代微光器件的发展需求, 在国际上成为固体微光器件的一种新选择, 获得了重要的发展和应用。文章就 InGaAs固体微光器件材料属性、器件性能以及成像特点等几方面进行了详细分析, 介绍了当前 InGaAs器件的发展趋势, 以及研制 320×256 InGaAs阵列的最新进展。研究结果表明 InGaAs材料生长及器件工艺具有较好的可控性和稳定性, 为实现高性能、实用化的 InGaAs固体微光器件提供了技术支撑。

红外技术是一项典型的军民两用技术。2013年, 国内研究人员发表了大量与红外技术相关的论文。以在**上的应用或潜在应用为选择依据, 对 2013年国内学术期刊发表的与红外技术有关的 699篇论文进行了归纳梳理和简要评述。这些论文内容涵盖探测器、光学系统、信号处理技术、制冷技术、红外导弹导引头、红外对抗、目标红外辐射特性、红外大气传输特性、红外场景仿真等各领域。从中可以看出近年来国内红外技术研究的发展趋势和状态。