CN105241554A - 一种外场条件下的面源黑体型辐射源及其标定方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种外场条件下的面源黑体型辐射源及其标定方法。该辐射源在辐射面外加装一个防风作用的透红外的罩子，适用于外场恶劣环境，不受或者少受风和气流影响，保持足够的精度。该辐射源的标定方法包括步骤：先建立热像仪CCD采集的数据的DL值-黑体温度对应关系表；由热像仪CCD采集的数据的DL值-黑体温度对应关系表建立热像仪CCD采集的数据的DL值与黑体温度的标定曲线；再建立黑体温度-黑体辐射温度对应关系表；最后在外场条件下，在使用防风透红外罩的情况下，建立黑体辐射温度-热像仪CCD采集的数据的DL值对应关系表；从而建立由黑体辐射温度-热像仪CCD采集的数据的DL值对应关系表对应的标定曲线，完成标定工作。

Description

一种外场条件下的面源黑体型辐射源及其标定方法

技术领域

本发明涉及辐射源及其标定领域，尤其涉及一种外场条件下的面源黑体型辐射源及其标定方法。

背景技术

随着红外技术的发展，红外设备发现、识别和跟踪军事目标的能力越来越强，并且具有全天候工作的能力，军事装备中红外设备应用越来越普遍。

红外目标特性外场测量首先要解决的是红外试验仪器外场定标问题。当前国内外公开报道的红外设备标定技术，其核心设备都是黑体型辐射源。

外场条件下的标定一般为在试验前后使用红外测量设备对同一个黑体型辐射源进行测量标定。但是在外场条件下，黑体型辐射源受环境影响也很大，对于常用的面源黑体型辐射源来说，尽管在试验室测量时精度很高，但是在外场条件下，受风和气流等影响很大，其温控精度不再受控制。而现在各类新型红外测量设备越来越多，各种大口径红外测量系统均配备相应的大面源黑体型辐射源用于标定，这些黑体型辐射源在试验室内精度都很高，到外场后却不能保证原有的精度。

为提高外场红外测量精度，需要开发一种新型的适用于外场条件下的面源黑体型辐射源。该面源黑体型辐射源要能够适用于外场恶劣环境，不受或者少受风和气流影响，在恶劣环境下保持足够的精度。该设备将有力支撑我军武器装备红外波段的突防、伪装、隐身、反导及光电对抗等相关技术的研究和应用，将直接推动我军武器系统隐身技术以及探测技术的发展。

因此，现有技术中存在对黑体型辐射源及其标定方法进行改进的需要。

发明内容

本发明的实施例提供了一种外场条件下的面源黑体型辐射源，其解决了面源黑体型辐射源在外场条件下，受风和气流等影响大，其温控精度不受控制的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种外场条件下的面源黑体型辐射源的标定方法。

一种外场条件下的面源黑体型辐射源，包括辐射面和温度控制系统,在辐射面外加装一个透红外的罩子，所述罩子起到防风作用；所述罩子选用透红外材料，所述罩子的透过率能够通过测量得到。

优选地，所述透红外材料为尖晶石、氟化镁或锗玻璃。

优选地，所述罩子距离辐射源小于10cm，且近距离不遮挡黑体辐射面。

如图2所示，一种使用所述外场条件下的面源黑体型辐射源的标定方法，包括如下步骤：

步骤A，实验室条件下，在未加防风透红外罩的情况下，建立热像仪CCD采集的数据的DL值-黑体温度对应关系表；由热像仪CCD采集的数据的DL值-黑体温度对应关系表建立热像仪CCD采集的数据的DL值与黑体温度的标定曲线；

步骤B，实验室条件下，在使用防风透红外罩的情况下，建立黑体温度-黑体辐射温度对应关系表；

步骤C，外场条件下，在使用防风透红外罩的情况下，建立黑体辐射温度-热像仪CCD采集的数据的DL值对应关系表；

步骤D，建立由黑体辐射温度-热像仪CCD采集的数据的DL值对应关系表对应的标定曲线，完成标定工作。

所述步骤A实验室条件下，在未加防风透红外罩的情况下，建立热像仪CCD采集的数据的DL值-黑体温度对应关系表是在抑制背景、黑体设置不同温度、使用热像仪进行数据采集条件下获得的。

所述步骤B，实验室条件下，在使用防风透红外罩的情况下，建立黑体温度-黑体辐射温度对应关系表具体为：在不抑制背景、黑体设置温度同步骤A中黑体设置的不同温度相同条件下热像仪加载所述步骤A确定的热像仪CCD采集的数据的DL值与黑体温度的标定曲线，使用热像仪进行数据采集，将采集到的数据直接转为热像仪辐射温度，并建立黑体温度-黑体辐射温度表。

所述步骤C，外场条件下，在使用防风透红外罩的情况下，建立黑体辐射温度-热像仪CCD采集的数据的DL值对应关系表具体为：黑体温度设置同步骤A中黑体设置的不同温度，热像仪不加载热像仪CCD采集的数据的DL值与黑体温度的标定曲线，使用热像仪进行数据采集，使用所述黑体温度-黑体辐射温度表，建立黑体辐射温度-热像仪CCD采集的数据的DL值对应关系表。

本发明实施例的外场条件下的面源黑体型辐射源能够适用于外场恶劣环境，不受或者少受风和气流影响，在恶劣环境下保持足够的精度。

附图说明

图1为未加防风罩时热像仪CCD采集的数据的DL值与黑体的温度的标定曲线图。

图2为外场加防风罩时热像仪CCD采集的数据的DL值与黑体的温度的标定曲线图。

图3为标定步骤的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

将整个辐射体放置于一个密封的罩子里面是抗风的最好办法，罩子的一面为透红外材料制成，辐射体的辐射面对应这个面。这样辐射体辐射出来的能量可以透过透红外材料辐射出去，不在受风力影响，导致辐射体的辐射面温度变化，这样在辐射面温度稳定后，从防风罩外接收到的能量就是一个比较稳定的值，不受风力影响而变化。一般来说，现有的透红外材料其在指定波段的透过率τ大于90％，有的加镀增透膜以后可达95-98％。对于一般的面源黑体辐射面来说，其表面发射率ε一般大于0.95。对于近距离标定来说，不考虑大气衰减。这样到达热像仪镜头表面的能量可以简化描述为黑体经过防风罩后的红外辐射能量和防风罩反射的背景环境辐射能量，再加上背景环境辐射能量透过防风罩经黑体辐射面再次反射并透射出来的能量，故有下式1成立：

L_m＝τ·ε·L_bk+(1-τ)·L_B+τ·(1-ε)·τ·L_B公式1

式中Lm为到达镜头前的总辐射亮度，Lbk为黑体的辐射亮度，LB为背景的辐射亮度，ε为黑体的表面发射率，τ为防风透红外材料的透射率。在标定过程中，黑体的表面发射率ε、防风透红外材料的透射率τ是常量，背景的辐射亮度LB也可以认为在标定过程中几乎不变，故而在标定过程中，随着黑体设置温度的变化，热像仪镜头处接受的能量也在线性变化，从而可以建立新的标定数据。

一种外场条件下的面源黑体型辐射源由辐射面，温度控制系统组成。

外场条件下的面源黑体型辐射源的辐射面与一般的面源黑体型辐射源基本无太大区别，只是在其外面加装一个防风且透红外的罩子，罩子材料可选各类透红外材料，加装后主要起到防风、气流的作用。该防风透红外罩子的透过率可以测量得到，这样就可以按照红外波段的不同计算得出黑体型辐射体的等效辐射温度。

外场条件下的面源黑体型辐射源的温度控制系统可以直接使用普通面源黑体型辐射源的控制系统。

表征黑体型辐射源的主要参数有：

发射率；

黑体辐射面温度的均匀性；

辐射面积；

温度范围；

温度控制精度。

面源黑体型辐射源辐射面表面的发射率一般为已知，根据黑体等级不同而略有差异。其辐射面温度的均匀性、辐射面积、温度控制精度均在面源黑体型辐射源设计时已经确定。而根据外场试验统计规律，外场条件下的面源黑体型辐射源工作温度一般在243K－473K之间，也就是-30℃－200℃，属于中低温黑体型辐射源。

温度控制系统包括环境温度测量系统，黑体的温度控制器以及显示平台组成。

环境温度测量是用于系统获取当前的工作环境温度，该温度在一定程度上会对温控器算法产生影响。

显示平台可以对温度控制器进行设置和调节。显示平台将根据环境温度测量获取的数据参数，调节温度控制器参数，以方便更好更快的实现温度平衡。

显示平台上还可以根据需要加装gps定位模块和有线、无线数传模块，可以随时将自身的gps数据以及黑体面的数据上传至红外测量设备处。

标定数据对应关系的建立：

根据公式1可以看到，我们原来的黑体-热像仪标定关系需要重新建立，实验室标定时到达热像仪镜头表面的能量可以简化为：

L_m＝ε·L_bk+L_B

式中Lm为到达镜头前的总辐射亮度，Lbk为黑体的辐射亮度，LB为背景的辐射亮度，ε为黑体的表面发射率。在实验室条件下，可以采用技术手段将背景的辐射亮度LB控制和抑制，故而公式可以再简化为：

L_m＝ε·L_bk

此时可以认为到达热像仪镜头表面的能量与黑体的辐射能量呈线性关系，从而建立热像仪CCD采集的数据的DL值与黑体的温度对应关系如下表1所示：

表1热像仪CCD采集的数据的DL值与黑体的温度对应关系表

由表1建立热像仪CCD采集的数据的DL值与黑体的温度的标定曲线如图1所示。

由于外场条件下的面源黑体型辐射源辐射能量对应关系的变化，参见公式1，所以必须重新建立该对应关系，其流程如下：

在实验室条件下，使用未加防风透红外罩的黑体，抑制背景，黑体设置不同温度，使用热像仪进行数据采集，处理后数据建立表1；

在实验室，使用加防风透红外罩的黑体，不抑制背景，黑体设置同表1相同温度，热像仪加载由表1建立的标定曲线，使用热像仪进行数据采集，将采集到的数据直接转为热像仪辐射温度，建立黑体温度-黑体辐射温度表，见表2；

表2黑体温度-黑体辐射温度表

黑体温度	黑体辐射温度
		温度1	辐射温度1
温度2	辐射温度2
		温度3	辐射温度3
温度4	辐射温度4
		...	...

外场条件下，使用加防风透红外罩的黑体，黑体设置同表1相同温度，热像仪不加载由表1建立的标定曲线，使用热像仪进行数据采集，使用黑体温度-黑体辐射温度表2，建立黑体辐射温度-热像仪CCD采集的数据的DL值表，见表3；

表3黑体辐射温度-热像仪CCD采集的数据的DL值表

建立由表3黑体辐射温度-热像仪CCD采集的数据的DL值对应的标定曲线，完成标定工作；

由于公式1中防风透红外材料的透射率τ为与红外波段有关，故而如果需要更改标定波段，需要重新进行标定。

具体实施例

首先，实验室条件下，在未加防风透红外罩的情况下，建立热像仪CCD采集的数据的DL值-黑体温度对应关系表，如表4；由热像仪CCD采集的数据的DL值-黑体温度对应关系表建立热像仪CCD采集的数据的DL值与黑体温度的标定曲线；

表4热像仪CCD采集的数据的DL值与黑体的温度对应关系表

由表4建立热像仪CCD采集的数据的DL值与黑体的温度的标定曲线。

其次，由于外场条件下的面源黑体型辐射源辐射能量对应关系的变化，参见公式1，所以必须重新建立该对应关系，其流程如下：

在实验室条件下，使用未加防风透红外罩的黑体，抑制背景，黑体设置不同温度，使用热像仪进行数据采集，处理后数据建立表4；

再次，在实验室，使用加防风透红外罩的黑体，不抑制背景，黑体设置同表4相同温度，热像仪加载由表4建立的标定曲线，使用热像仪进行数据采集，将采集到的数据直接转为热像仪辐射温度，建立黑体温度-黑体辐射温度表，见表5；

表5黑体温度-黑体辐射温度表

黑体温度℃	黑体辐射温度℃
		10	-0.51
20	10.21
		30	22.54
40	33.04
		50	43.58
60	53.80
		70	64.61

最后，外场条件下，使用加防风透红外罩的黑体，黑体设置同表4相同温度，热像仪不加载由表4建立的标定曲线，使用热像仪进行数据采集，使用黑体温度-黑体辐射温度表5，建立黑体辐射温度-热像仪CCD采集的数据的DL值表，见表6；

表6黑体辐射温度-热像仪CCD采集的数据的DL值表

建立由表6黑体辐射温度-热像仪CCD采集的数据的DL值对应的标定曲线，完成标定工作。

与现有技术相比，本发明实施例解决了面源黑体型辐射源在外场条件下，受风和气流等影响大，其温控精度不受控制的问题。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种外场条件下的面源黑体型辐射源，包括辐射面和温度控制系统,其特征在于：在辐射面外加装一个透红外的罩子，所述罩子起到防风作用；所述罩子选用透红外材料，所述罩子的透过率能够通过测量得到。

2.如权利要求1所述的外场条件下的面源黑体型辐射源，其特征在于：所述透红外材料为尖晶石、氟化镁或锗玻璃。

3.如权利要求1所述的外场条件下的面源黑体型辐射源，其特征在于：所述罩子距离辐射源小于10cm，且近距离不遮挡黑体辐射面。

4.一种使用权利要求1所述外场条件下的面源黑体型辐射源的标定方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤A，实验室条件下，在未加防风透红外罩的情况下，建立热像仪CCD采集的数据的DL值-黑体温度对应关系表；由热像仪CCD采集的数据的DL值-黑体温度对应关系表建立热像仪CCD采集的数据的DL值与黑体温度的标定曲线；

步骤B，实验室条件下，在使用防风透红外罩的情况下，建立黑体温度-黑体辐射温度对应关系表；

步骤C，外场条件下，在使用防风透红外罩的情况下，建立黑体辐射温度-热像仪CCD采集的数据的DL值对应关系表；

步骤D，建立由黑体辐射温度-热像仪CCD采集的数据的DL值对应关系表对应的标定曲线，完成标定工作。

5.如权利要求4所述的标定方法，其特征在于：

所述步骤A实验室条件下，在未加防风透红外罩的情况下，建立热像仪CCD采集的数据的DL值-黑体温度对应关系表是在抑制背景、黑体设置不同温度、使用热像仪进行数据采集条件下获得的。

6.如权利要求4所述的标定方法，其特征在于：

所述步骤B，实验室条件下，在使用防风透红外罩的情况下，建立黑体温度-黑体辐射温度对应关系表具体为：在不抑制背景、黑体设置温度同步骤A中黑体设置的不同温度相同条件下热像仪加载所述步骤A确定的热像仪CCD采集的数据的DL值与黑体温度的标定曲线，使用热像仪进行数据采集，将采集到的数据直接转为热像仪辐射温度，并建立黑体温度-黑体辐射温度表。

7.如权利要求4所述的标定方法，其特征在于：

所述步骤C，外场条件下，在使用防风透红外罩的情况下，建立黑体辐射温度-热像仪CCD采集的数据的DL值对应关系表具体为：黑体温度设置同步骤A中黑体设置的不同温度，热像仪不加载热像仪CCD采集的数据的DL值与黑体温度的标定曲线，使用热像仪进行数据采集，使用所述黑体温度-黑体辐射温度表，建立黑体辐射温度-热像仪CCD采集的数据的DL值对应关系表。