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高灵敏度长波红外信息获取技术研究

【摘要】:研究高灵敏度长波红外探测技术,对于发展新型天基红外探测系统,实现空间运动目标的有效探测具有重要意义。本文围绕光学探测的红外手段,研究空间运动目标的辐射特性,对红外探测链路模型和技术指标进行预设计和性能分析,从信息获取角度研究提高长波红外探测系统灵敏度的技术途径。论文介绍了空间运动目标的红外探测链路,建立了包含目标辐射特性、光学系统、红外探测器及信息获取系统的探测模型,提出了类天文红外探测体制,分析了影响系统探测灵敏度的关键因素。在红外探测链路模型的基础上,开发了覆盖“目标场景-探测载荷-信息处理”的红外运动目标探测全链路仿真系统,并验证了该系统对于空间目标探测的仿真有效性。为提高探测灵敏度,降低信息获取噪声,论文提出了自适应调理的红外信息获取技术。介绍了该技术的理论基础和自适应更新算法,并进行了该技术降低信息获取噪声的理论分析。开发了一套信息获取系统以实现该自适应调理的信息获取技术,并进行了信息获取噪声测试等一系列测试以验证该技术的有效性,实验结果表明,该系统的信息获取噪声仅为0.065mV,相比较为参数固定的信息获取系统噪声的40%,应用该自适应调理技术可将红外探测系统的噪声降低约5%。论文分析了红外系统空间非均匀性的来源及其时域不稳定性,提出了两种基于场景的非均匀性校正方法,即基于BRISK特征的非均匀性校正方法和基于二维扫描的非均匀校正方法,并介绍了这两种方法的算法原理与步骤、实验结果与分析等内容。其中,基于BRISK特征的非均匀性校正方法适用于空间全局运动存在平移、缩放、旋转等复杂运动的场景,算法运算速度较快,对于固定图案噪声校正效果较好;基于二维扫描的非均匀校正方法适用于自身具备扫描和指向机构的天基红外载荷,校正后图像的非均匀性优于1.85%。以探测谱段为8~12μm,像元规模为320×256的Ⅱ类超晶格长波红外焦平面探测器为核心组件,开发了高灵敏度长波红外探测验证系统,介绍了系统的总体方案和高灵敏度信息获取系统的设计,通过验证系统利用常温和低温黑体进行性能测试,并开展了实验室和外场成像实验。实验结果表明,该验证系统的NETD约19.6mK,黑体探测率为7.72×10~(10)cm?(?),系统灵敏度较高;外场成像效果较好,图像细节清晰,对比度高,为Ⅱ类超晶格长波红外焦平面探测器的应用于高灵敏度红外探测系统的可行性提供了实测数据分析及技术验证。论文研究结果为高灵敏度天基长波红外探测系统提供技术支持,对于利用天基红外探测手段实现空间运动目标的探测有指导意义。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TN215;P407

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【参考文献】
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