CN109061769B - 基于可控目标靶的红外系统作用距离测试评估方法 - Google Patents

Abstract

基于可控目标靶的红外系统作用距离测试评估方法，首先选择可控目标靶作为测试目标，其次根据测试场地实际地形条件，确定测试作用距离，之后根据确定的测试作用距离、指标规定的作用距离和指标规定的目标大小确定测试目标靶的辐射面积大小；根据实际测试时的气象条件、指标规定的气象条件和确定的测试作用距离确定测试目标靶的辐射温度；最后根据测试目标靶的辐射面积大小和辐射温度，对红外系统在确定的测试作用距离处进行测试，若红外系统能够探测/识别目标，则判定红外系统在规定条件下的作用距离指标合格，反之则判定不合格。该评估方法能有效解决红外系统作用距离评估时受大气能见度和场地限制的缺点，降低测试实施难度，提高测试效率。

Description

基于可控目标靶的红外系统作用距离测试评估方法

技术领域

本发明涉及红外系统侦察能力的评估方法技术领域，具体的说是基于可控目标靶的红外系统作用距离测试评估方法。

背景技术

红外系统作为一种重要的光电成像设备，在军事、民用等领域发挥着极其重要的作用。其主要采用被动工作方式，利用目标与背景之间的红外辐射差异来实现对目标的探测和识别，这一方面克服了主动红外夜视设备容易自我暴露的缺点，另一方面也弥补了微光夜视设备完全依赖于环境自然光和无光不能成像的不足，使红外系统的环境适应性优于可见光，能在夜间和恶劣气候条件下连续工作，因此具有不易被敌方电子干扰、隐蔽性好、图像直观、易于观察、精度高、低空探测性能好等特点。

红外系统作用距离是指在一定的大气条件下，系统对某一实际目标能够发现、识别、认清的最远距离，是衡量红外成像系统性能的一个综合性重要指标，它与目标特性情况、大气传输透过率、探测器性能参数、探测系统信噪比等有着直接的关系，决定其大小的内在因素是系统本身性能，外在因素是目标特性和大气条件。

通常对红外系统作用距离进行评估的测试方法，首先按照指标规定选择合适的探测目标，将其布设在满足指标规定的作用距离处；其次，按照指标规定等待合适的气象条件，在指标规定的气象条件下进行测试。若在布设距离处，在相应气象条件下红外系统能发现、识别和认清目标，则该距离即为红外系统的发现、识别和认清距离。采用该方法不足之处很明显，主要有三点：一是由于测试时指标要求的气象条件通常难以满足，需要等待合适的气象条件，延长测试周期；二是在气象条件不满足时进行测试，需要延长测试距离，而满足连续通视距离的测试场地通常难以勘选；三是延长测试距离时，由于距离的不同会带来的目标张角的改变，从而影响测试评估效果。因此，在对红外系统作用距离指标进行评估时，如何适应不同的气象条件，如何在改变测试距离条件下正确评估出红外系统的真实能力是测试面临的主要问题。

发明内容

为了解决受测试场地、气象条件等因素限制，带来的红外系统作用距离评估效率低的问题，本发明提供了基于可控目标靶的红外系统作用距离测试评估方法。该测试评估方法能够有效解决气象条件难以满足要求的问题，实现对红外系统的作用距离进行有效评估。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：基于可控目标靶的红外系统作用距离测试评估方法，包括如下步骤：

步骤1、选择可控目标靶作为测试目标，所述可控目标靶为能够改变辐射温度和辐射面积的目标靶；

步骤2、根据测试场地实际地形条件，确定测试作用距离，之后根据确定的测试作用距离、指标规定的作用距离和指标规定的目标大小确定测试目标靶的辐射面积大小；

步骤3、根据实际测试时的气象条件、指标规定的气象条件和确定的测试作用距离确定测试目标靶的辐射温度；

步骤4、根据步骤2确定的测试目标靶的辐射面积大小和步骤3确定的测试目标靶的辐射温度，对红外系统在确定的测试作用距离处进行测试，若红外系统能够探测/识别目标，则判定红外系统在规定条件下的作用距离指标合格，反之则判定为不合格。

作为一种优选方案，步骤2中，确定测试目标靶的辐射面积大小的方法具体如下：

在红外系统中，相同的目标放置在不同距离处，其所对应的张角不同，对同一红外系统，有如下公式：

其中，R₀为指标规定的作用距离，S₀为指标规定的目标面积，R₁为确定的测试作用距离，S₁为测试目标靶的等效辐射面积。

作为一种优选方案，步骤3中，确定测试目标靶的辐射温度的方法具体如下：

步骤31、确定点目标测试目标靶的辐射温度；

步骤32、确定面目标测试目标靶的辐射温度。

作为一种优选方案，步骤31中，对于点目标，确定测试目标靶的辐射温度的具体方法如下：

S1、红外系统在考虑背景条件下的作用距离R为：

其中，D_o为光学系统有效通光口径，D^*为归一化光谱探测度的平均值，τ_o为光学系统透过率，τ_a为大气透过率，ΔJ为目标与背景辐射强度之差，F为光学系统F数，ω为系统瞬时视场，Δf为系统等效噪声带宽，SNR为探测所需最小信噪比；

S2、对同一红外系统来说，其D_o、D^*、τ_o、F、ω、Δf和SNR参数是固定不变的，因此，由步骤S1可得到同一红外系统在不同气象条件下作用距离等效推算公式为：

其中，R₀为指标规定的作用距离，R₁为实际测试作用距离，τ_a0为指标规定条件下的大气透过率，τ_a1为实际测试条件下的大气透过率，ΔJ₁为指标规定温差对应的目标与背景辐射强度之差；

对于ΔJ，根据灰体全波段辐射公式，有如下公式：

其中，σ为斯蒂芬波尔兹曼常数，ε_t为目标发射系数，T_t为目标表面温度，η′_Δλ为目标在波段内的辐射能量百分比，ε_b为背景发射系数，T_b为环境温度，η″_Δλ为背景在波段内的辐射能量百分比。

作为一种优选方案，步骤32、对于面目标，确定测试目标靶的辐射温度的具体方法如下：

T1、红外系统的作用距离方程表示为：

ΔT·τ_a≥MRTD(f)；

其中，f为目标的空间频率，N_e为Johnson判别准则要求的等效线对数，h为目标高度，R为最大作用距离，ΔT为目标背景温差，τ_a为大气透过率，MRTD为红外系统的最小可分辨温差，T_b为背景温度；

T2、对同一红外系统，对空间频率保持不变的目标作用距离等效推算公式为：

ΔT₀·τ_a0＝ΔT₁·τ_a1；

其中，ΔT₀为指标规定的面目标与背景温度差，τ_a0为指标规定大气能见度条件下的大气透过率，ΔT₁为实际测试时目标与背景的温度差，τ_a1为在规定测试作用距离和实际测试气象条件下的大气透过率。

有益效果：

本发明提供了基于可控目标靶的红外系统作用距离测试评估方法，利用能够改变辐射温度和辐射面积的目标靶，根据指标条件和实际条件实时调整目标靶辐射温度和辐射面积，在固定距离处进行测试，从而实现了对红外系统作用距离评估。一方面，克服了传统测试时对气象、地形要求较高的缺点；另一方面，能有效降低测试实施难度，缩短测试周期。解决了红外系统作用距离评估时受大气能见度和场地限制的缺点，降低测试实施难度，提高测试效率。

附图说明

图1为本发明评估方法流程图；

图2为本发明可控目标靶辐射基本效果图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

对于红外系统作用距离测试来说，所需的测试设备应有辐射温度和辐射面积可控的目标靶和能实时记录大气参数的气象参数测量设备，所述大气参数主要是大气压、能见度、温度和湿度等参数，下面以红外系统的一次测试为例，对测试原理及方案进行详细论述，评估方法流程如图1所示。

基于可控目标靶的红外系统作用距离测试评估方法，包括如下步骤：

步骤1、选择可控目标靶作为测试目标，所述可控目标靶为能够改变辐射温度和辐射面积的目标靶；可控目标靶可根据需要控制目标靶各组成靶面单元的温度变化，并可通过控制辐射源数量和位置等形成不同的形状即改变辐射面积，其辐射基本效果图如图2所示，图中灰色部分为辐射源点亮部分。

步骤2、根据测试场地实际地形条件，确定测试作用距离，之后根据确定的测试作用距离、指标规定的作用距离和指标规定的目标大小确定测试目标靶的辐射面积大小；其主要原理及计算方法如下：

由于在红外系统中，相同的目标放置在不同距离处，其所对应的张角不同，对同一红外系统，有如下公式：

其中，R₀为指标规定的作用距离，S₀为指标规定的目标面积，R₁为确定的测试作用距离，S₁为测试目标靶的等效辐射面积；

若目标靶相对红外系统为面目标，除目标大小按比例缩放外还要保证在测试距离处目标的空间频率与指标要求距离处原目标的空间频率相同。

步骤3、根据实际测试时的气象条件、指标规定的气象条件和确定的测试作用距离确定测试目标靶的辐射温度；其主要原理及计算方法如下：

(1)对于点目标，红外系统在考虑背景条件下的作用距离R为：

其中，D_o为光学系统有效通光口径，D^*为归一化光谱探测度的平均值，τ_o为光学系统透过率，τ_a为大气透过率，ΔJ为目标与背景辐射强度之差，F为光学系统F数，ω为系统瞬时视场，Δf为系统等效噪声带宽，SNR为探测所需最小信噪比；

由于对同一红外系统来说，其D_o、D^*、τ_o、F、ω、Δf、SNR等参数是固定不变的，因此，由红外系统在考虑背景条件下的作用距离R公式可得到同一套红外系统在不同气象条件下作用距离等效推算公式为：

其中，R₀为指标规定的作用距离，R₁为实际测试作用距离，τ_a0为指标规定条件下的大气透过率，τ_a1为实际测试条件下的大气透过率，ΔJ₁为指标规定温差对应的目标与背景辐射强度之差；

对于ΔJ，根据灰体全波段辐射公式，有如下公式：

其中，σ为斯蒂芬波尔兹曼常数，ε_t为目标发射系数，T_t为目标表面温度，η′_Δλ为目标在波段内的辐射能量百分比，ε_b为背景发射系数，T_b为环境温度，η″_Δλ为背景在波段内的辐射能量百分比。

综上所述，对于红外系统的探测距离测试时，首先根据测试指标规定的气象条件和目标背景温差及选定的测试距离，可以得到R₀、R₁、τ_a0、ΔJ₀，其次根据测试时实际气象条件和测试距离可以计算得到τ_a1，代入同一套红外系统在不同气象条件下作用距离等效推算公式可以得到ΔJ₁，根据测试时背景温度和ΔJ计算公式，即可得到测试时应设置的目标靶实际温度。

(2)对于面目标，红外系统的作用距离方程表示为：

ΔT·τ_a≥MRTD(f)；

其中，f为目标的空间频率，N_e为Johnson判别准则要求的等效线对数，h为目标高度，R为最大作用距离，ΔT为目标背景温差，τ_a为大气透过率，MRTD为红外系统的最小可分辨温差，T_b为背景温度；

因此，对同一红外系统，对空间频率保持不变的目标作用距离等效推算公式为：

ΔT₀·τ_a0＝ΔT₁·τ_a1；

其中，ΔT₀为指标规定的面目标与背景温度差，τ_a0为指标规定大气能见度条件下的大气透过率，ΔT₁为实际测试时目标与背景的温度差，τ_a1为在规定测试作用距离和实际测试气象条件下的大气透过率。

综上所述，对于红外系统的探测/识别距离测试时，首先根据指标规定的气象条件和目标背景温度差及选定的测试距离，可以计算得到τ_a0、ΔT₀，然后根据测试时实际气象条件和测试距离可以计算得到τ_a1，代入对空间频率保持不变的目标作用距离等效推算公式中可以得到ΔT₁，最后根据测试时背景温度，就可得到测试时应设置的目标靶实际温度。

步骤4、根据步骤2确定的测试目标靶的辐射面积大小和步骤3确定的测试目标靶的辐射温度，对红外系统在确定的测试作用距离处进行测试，若红外系统能够探测/识别目标，则判定红外系统在规定条件下的作用距离指标合格，反之则判定为不合格。

本发明提供了基于可控目标靶的红外系统作用距离测试评估方法，克服了现有技术中测试时指标要求的气象条件难以满足；或者在气象条件不满足时进行测试，需要延长测试距离；亦或者延长测试距离时，由于距离的不同会带来的目标张角的改变，从而影响测试评估效果的问题。利用能够改变辐射温度和辐射面积的目标靶，根据指标条件和实际条件实时调整目标靶辐射温度和辐射面积，在固定距离处进行测试，从而实现了对红外系统作用距离评估。克服了传统测试时对气象、地形要求较高的缺点；能有效降低测试实施难度，缩短测试周期。解决了红外系统作用距离评估时受大气能见度和场地限制的缺点，降低测试实施难度，提高测试效率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例描述如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述所述技术内容作出的些许更动或修饰均为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.基于可控目标靶的红外系统作用距离测试评估方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、选择可控目标靶作为测试目标，所述可控目标靶为能够改变辐射温度和辐射面积的目标靶；

步骤2、根据测试场地实际地形条件，确定测试作用距离，之后根据确定的测试作用距离、指标规定的作用距离和指标规定的目标大小确定测试目标靶的辐射面积大小；

步骤3、根据实际测试时的气象条件、指标规定的气象条件和确定的测试作用距离确定测试目标靶的辐射温度；

步骤4、根据步骤2确定的测试目标靶的辐射面积大小和步骤3确定的测试目标靶的辐射温度，对红外系统在确定的测试作用距离处进行测试，若红外系统能够探测/识别目标，则判定红外系统在规定条件下的作用距离指标合格，反之则判定为不合格。

2.如权利要求1所述的基于可控目标靶的红外系统作用距离测试评估方法，其特征在于：步骤2中，确定测试目标靶的辐射面积大小的方法具体如下：

在红外系统中，相同的目标放置在不同距离处，其所对应的张角不同，对同一红外系统，有如下公式：

其中，R₀为指标规定的作用距离，S₀为指标规定的目标面积，R₁为确定的测试作用距离，S₁为测试目标靶的等效辐射面积。

3.如权利要求1所述的基于可控目标靶的红外系统作用距离测试评估方法，其特征在于：步骤3中，确定测试目标靶的辐射温度的方法具体如下：

步骤31、确定点目标测试目标靶的辐射温度；

步骤32、确定面目标测试目标靶的辐射温度。

4.如权利要求3所述的基于可控目标靶的红外系统作用距离测试评估方法，其特征在于：步骤31中，对于点目标，确定测试目标靶的辐射温度的具体方法如下：

S1、红外系统在考虑背景条件下的作用距离R为：

其中，D_o为光学系统有效通光口径，D^*为归一化光谱探测度的平均值，τ_o为光学系统透过率，τ_a为大气透过率，ΔJ为目标与背景辐射强度之差，F为光学系统F数，ω为系统瞬时视场，Δf为系统等效噪声带宽，SNR为探测所需最小信噪比；

S2、对同一红外系统来说，其D_o、D^*、τ_o、F、ω、Δf和SNR参数是固定不变的，因此，由步骤S1可得到同一红外系统在不同气象条件下作用距离等效推算公式为：

其中，R₀为指标规定的作用距离，R₁为实际测试作用距离，τ_a0为指标规定条件下的大气透过率，τ_a1为实际测试条件下的大气透过率，ΔJ₁为指标规定温差对应的目标与背景辐射强度之差；

对于ΔJ，根据灰体全波段辐射公式，有如下公式：

ΔJ＝σε_tAT_t ⁴η′_Δλ/π-σε_bAT_b ⁴η″_Δλ/π；

其中，σ为斯蒂芬波尔兹曼常数，ε_t为目标发射系数，T_t为目标表面温度，η′_Δλ为目标在波段内的辐射能量百分比，ε_b为背景发射系数，T_b为环境温度，η″_Δλ为背景在波段内的辐射能量百分比。

5.如权利要求3所述的基于可控目标靶的红外系统作用距离测试评估方法，其特征在于：

步骤32、对于面目标，确定测试目标靶的辐射温度的具体方法如下：

T1、红外系统的作用距离方程表示为：

ΔT·τ_a≥MRTD(f)；

其中，f为目标的空间频率，N_e为Johnson判别准则要求的等效线对数，h为目标高度，R为最大作用距离，ΔT为目标背景温差，τ_a为大气透过率，MRTD为红外系统的最小可分辨温差；

T2、对同一红外系统，对空间频率保持不变的目标作用距离等效推算公式为：

ΔT₀·τ_a0＝ΔT₁·τ_a1；

其中，ΔT₀为指标规定的面目标与背景温度差，τ_a0为指标规定大气能见度条件下的大气透过率，ΔT₁为实际测试时目标与背景的温度差，τ_a1为在规定测试作用距离和实际测试气象条件下的大气透过率。

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