空间目标地基红外探测技术研究

CIOMP OpenIR

	空间目标地基红外探测技术研究
	黄智国
学位类型	博士
导师	王建立
	2018
学位授予单位	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位名称	博士
关键词	红外地基探测大口径白天探测冷光学
摘要	地基光电望远镜对空间目标的监视成像具有重要意义,通过成像特征可以直接识别出空间目标的功能、状态和正在执行的任务等信息。使用可见光波段探测系统对空间目标成像主要依靠太阳光在被测目标表面的反(散)射光,但当目标进入地影区域时难以被观测,又由于白天有较强的天光背景与大气湍流,所以也限制了对目标的成像探测。使用红外探测技术可以提取空间目标的诸多重要信息,如温度是确定目标状态的重要参数,在轨航天器表面的温度场反映了其内部工作状态与功能转换等,尤其在航天器发生故障时其温度场分布会发生异常变化。发射率为物体热辐射特性的一种重要参数,当空间目标在轨运行时,表面发射率等辐射特性数据是其热控的重要依据,航天器表面发射率及其随波长与温度的变化特性可用来探测识别未知空间目标表面材料构成等信息。除提取目标的表面信息,红外探测技术还具有环境适应性好;在夜间和恶劣气候条件下探测性能及识别目标伪装能力优于可见光;探测方式为被动探测,隐蔽性好不易被干扰;相较于雷达系统具有体积小、重量轻、功耗低等诸多优点,因此红外探测技术在军事、国防民用领域都得到了广泛的研究和应用。尤其近年来在军事方面及视频监控领域的强烈需求和红外材料技术发展的推动下,作为高新技术的红外探测技术在未来将会有更广泛的应用。但红外光电系统也有其自身不可避免的劣势,如光电系统工作时自身内部光学元件在常温环境下工作时会产生强烈的辐射噪声,对空间目标的有效探测产生极大的影响。针对这种辐射噪声,使用冷光学技术可对成像终端产生的热辐射进行非常有效的抑制,将探测器感知的背景辐射降至其生成暗电流可被忽略的数值之下,从而大大提高对目标的探测效率。综上所述,红外探测技术及配备冷光学的红外成像终端可在现有地基大口径光学望远镜系统的基础上发展形成新的观测能力,实现空间目标的全天时成像探测,并能够提供空间目标的温度及红外辐射特性密度区域分布图,为我国未来空间站等在轨航天器的运行状态、故障分析与未知空间目标的识别提供有利支持。为提高地基光电系统对空间目标的探测能力,本论文结合空间目标红外辐射特性,使用计算的大气透过率及天空背景辐射参数、光学系统光谱透过率、探测器波段响应特性等相关参数确定一种空间目标的信噪比模型。通过仿真分析空间目标在红外波段成像的信噪比,并在此基础上选取红外K波段光谱在地基光电望远镜上进行白天观测实验对相关技术进行验证。实验数据表明,经过优化设计系统在30°俯仰角时白天极限探测10.38等星,较未优化前白天探测能力提高2.07星等,该研究为空间目标的全天时观测提供重要依据。针对大气对目标辐射测量会带来较大的测量误差,提出一种基于参考源的大气修正测量方法,使用本方法测量获得的大气透过率较传统大气软件的计算结果,在目标不同温度和系统不同积分时间下测量精度均有提高。为降低光电系统自身的杂散辐射,对光电系统红外成像终端自身热辐射对探测背景的影响进行了分析,并深入研究了地基光电望远镜红外成像系统的制冷技术。针对望远镜红外成像终端自身热辐射开展了冷光学红外终端的研制,对红外成像系统光学元件、滤光片等光学器件制冷至低温80K以下,有效抑制了望远镜红外成像终端自身热辐射对探测背景带来的影响。研制的红外冷光学终端具有移动性强、安装调试方便、使用时间长、升级更换方便等优点,本终端的研制对地基冷光学红外技术具有一定的借鉴意义。
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/61665
专题	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	黄智国. 空间目标地基红外探测技术研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2018.

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空间目标地基红外探测技术研究.caj（6178KB）	学位论文		开放获取	CC BY-NC-SA	请求全文