!军用光电系统作用距离分析

TB
β+
1
(
n
1
)2
(8)
7 MRTD
2 AT
ε
式中： TB 为目标的温差；ε为目标单个分辨条带的 长宽比例；β为大气衰减系数；n 为最小面积目标扫 描线数；AT 为目标最小面积。 3.2.2 作用距离计算
根据上述对作用距离公式的推导结果来计算 R， 为计算 MRTD，需要先求出 MTF S 和 NETD 的数值。
统总体对激光分系统要求的性能指标。
数；n 为分辨目标像所需线数；A 为目标尺寸。
按照通用的约翰逊法则，在 50%概率时、识别目
标需 4 线对，发现目标需 1 线对。选试验产品变焦距
电视系统的小、中视场设计参数代入公式(2)，解得
的最大作用距离为：
R识 别
=
10 ×625 ×0.8 tan1.5D×8
中图分类号：TN2
文献标识码：A 文章编号：1007-2276(2008)增( 红外) -0501-03
Analysis of the efficient distance of O-E system for milita r y
ZHAO Miao-juan, CHE Hong
(No.613 Research Instit ute of China Aeronautical Industry, Luoyang 471009, China)
率条件下，假设红外系统的各主要部件都满足线性空
间不变性条件。对于前视红外成像系统的传递函数，
则等于各部分传递函数的乘积（见下述表达式）。
MTF s=MTF 光×MTF 探×MTF 电×MTF 显 (7)
第 6 步：热成像系统作用距离公式的显函数表达
式。分析公式(4)可以看出：MRTD 建立了与目标特
轴平行；激光测距/照射分系统主要实现如下功能：
在红外或电视分系统对目标实现跟踪瞄准后，此时按
指令发射激光束，使其沿目标瞄准线完成对目标的测
距百度文库照射。
激光测距和激光照射系统首先应当考虑作用距
离能否满足使用要求。按下公式式分析：
Pt
=
tt e
π( Rd ×RM )Ps σ( Rd +RM ) ρt cosθr tr Ar
光方案，以满足实际使用环境条件下的作用距离。
3 前视红外系统作用距离
前视红外系统是综合光 电探测系统的一个关键 分系统，主要实现全天候对目标的搜索、识别、瞄准 等功能。实现综合光电探测系统的总体性能指标也依 赖于前视红外系统的精度和质量。 3.1 红外分系统组成及功能框图
2 电视摄像系统作用距离
电视图像跟踪系统的瞄准线与综合光电探测系 统光轴平行；电视系统主要起到对红外系统的必要补 充（白天使用）。电视系统在对目标实行跟踪时，最 远作用距离取决于光电系统的分辩极限和摄像管靶 面的光照灵敏度。
标源、大气和传感器性能三者之间的定量关系。当使用要求的考核条件确定时，进行分析、协调、
折衷并合理选择系统其它的设计参数，有利实现传感器的最佳系统性能。文章结合机载综合光电探
测系统典型使用要求，对红外、激光、电视各光电传感分系统的作用距离进行了分析，进而定量计
算了特定条件下的作用距离。
关键词：作用距离； 机载综合光电探测系统； 红外/激光/电视
[2] 航天8358所编译.军用红外技术译文集（2001-2002年）[M].2004 [3] R D 小哈得逊著. 红外系统原理[M].北京：国防工业出版社, 1975.
transducer system. The thesis took the synthetic optical-electronic detector on aeroplanes for example, the
efficient distance of infrared, laser and television sub-transducer systems was analyzed, and the efficient
the quantitive-relation among the object, the atmosphere and the transducer characters. Thus the other
desi gn indicators of the system were coordinated and selected, so as to realize t he best characters of the
电视跟踪要求目标成像线度在显示器上必须大 于 5 线对，对应 10 个像素。假设 CCD 靶面像元数不 低于标准制式 TV 分辨力，则最小分辨率决定的最远 作用距离关系式为：
R = ANη 2ωn
(2)
式中：2ω为观察视场；N 为扫描行数；η为消隐系
图 1 红外成像系统框图 Fig.1 Chart of IR imaging system
目标经给定距离的大气衰减后，可被红外成像系统分
增刊
赵妙娟等：军用光电系统作用距离分析
503
辩的温差，该式表明了目标、大气和成像系统 3 者的 定量关系。
第 2 步：为便于工程分析，需要找出系统最小可 分辩温度与分系统功能组成的基本参数关系表达式：
1
MRTD = 2 (NETD)(αβ) 2 fT S N
（1）计算 NETD 选择试验机红外系统视场、焦距、孔径等光学参数 代入公式(6)、解得最小可分辨温度 NETD 为 0.065 ℃； （2）计算 MTFS 对于 MTFS 的计算，光学传函数值通常包括衍射 和像点弥散两项因素。电子线路传函数接近理想值取 0.95；探测器传函数一般为 0.64，显示器传函数值一 般取 0.8，选合适的特征空间频率计算得光学传函数 值 0.55，按公式(7)计算对应的系统传函 MTFS 值为 0.26 7； （3）计算 MRTD 将在特征空间频率下对应的系统传函值MTFS 和 NETD 值代入公式(5)，解出最小可分辨温差 MRTD 值约为 0.185。 （4）计算作用距离 R 按照战术指标要求的参数、取目标温 5 ℃，大 气衰减系数 0.065 km，目标长宽比例 ε取 7，目标面 积 10 m×10 m，并将计算出的 MRTD 值代入公式(8)， 求出红外系统的最大作用距离为：
目的在于能协调折衷、选择确定在特定考核条件下的
军用光电探测系统通常包括激光、电视、红外等 传感器。对于军用光电探测系统，首先必须回答探测 什么目标，探测距离有多远的问题。光电探测装置是 多种高技术综合，要解决对红外和可见光谱范围的目 标跟踪、瞄准识别、激光测距、照射等功能、作用距 离是非常重要的系统性能指标。
研究分析光电系统使用要求的作用距离，就是要 找出目标、大气和传感器性能 3 者之间的定量关系。
最佳系统设计参数。论文涉及的使用考核技术条件如 下：目标大小为 10 m×10 m；目标与背景温差为 3～ 5 ℃；地面大气能见度≥20 km；气候条件为无云； 激光反射系数为 0.2；景物对比度为 0.15；地面相对 湿度≤80％；红外、电视发现距离≥30 km；红外、 电视识别距离≥20 km；激光测距距离≥20 km；激光 照射距离≥15 km。重点研究激光测距、照射、电视、 红外等光电探测系统的作用距离。
(1)
式中：Pt 为激光器发射功率，它是激光脉冲能量 E 和脉宽 r 的函数，Pt=E/r；Ps 为寻的器或测距机接收 到的功率；tt 为激光发射系统的透过率；tr 为寻的器 或测距机接收系统的透过率；σ为大气衰减系数；Rd 为测距发射天线至目标的距离；RM 为寻的器至目标 的距离，在测距状态下计算时使 RM=Rd=R 即可；ρt 为目标反射率；θr 为目标法线 与激光轴的夹角；Ar 为接收孔径面积。
收 稿日 期 ： 2008-06-19 作者简介：赵妙娟（1954-），女，河南洛阳人，研究员，主要从事光电系统总体及光学设计技术研究。Ema il: zhmiaojua n@163.c om
502
红 外与激光工程：红 外成像系统仿真、 测试与评价技术
第 37 卷
1 激光测距/照射距离
激光发射光轴与综合光电探测系统的瞄准线光
3.2 作用距离分析计算
3.2.1 作用距离公式推导
对于红外成像系统，用可测试的红外成像最小分
辨温差这个性能参数来协调系统的空间分辩率、热灵
敏度和战术使用要求。
第 1 步：找出使用要求的物理定量关系
MRTD= TBτa
(3)
式中：τa 为波长和距离的函数； TB 为战术使用的目
标参数。公式(3)的物理意义是：具有温差为 TB 的
性、系统热灵敏度、信号传递能力，空间分辨率等关
系，可以通过分析和实验方法求出最小可分辨温差与
目标温差、大气衰减和成像器本身性能之间的定量关
系，便于在设计阶段对系统性能参数协调确定和对产
品总体性能的评价。
将公式中的参数和实际使用的产品性能要求结
合，变换整理后，导出热成像系统作用距离公式的显
函数表式：
R = ln
MRTD = 0.757 NETD
(5)
MTFs
第 4 步：NETD 的设计公式可以分析估价不同参
数变化对性能的影响程度，对 8～12μ的波段、噪声
等效温差表示为：
1
NETD = 1.97 ×104 F #( ABFf )2
(6)
Doαβτ0 D*(ndηsc )
第 5 步：求系统传递函数的估算公式；在特定频
distance in certain conditions was calculated quantitively.
Key wor ds: Efficient distance; Synthetic optical-electronic System on aeroplane;
0引 言
Infrared/laser/television
分析公式(1)可知：在系统灵敏度 Ps 一定的条件 下，欲增加作用距离 R，可以采取增加接收口径、加
大激光发射功率、减小发射光学系统的损失、提高目
标反射率和减小接收光学系统的损失等措施。
利用激光发射接收分系统试验样机的参数，将各
项数据代入公式(1)进行计算的结果是：激光测距 L 测
=23 km；激光照射 L 照=17 km；可以满足光电探测系
R 识别=20.79 km
R 发现=29.96 km
由分析计算结果表明：红外系统的作用距离满足 总体使用技术要求。
参考文献：
[1] KENNEDY H V. Modeling second-generetion thermal imaging systems[J].Opt ical Engineering, 1991, 30:1771-1778.
=
23.8
km
R发 现
=
10×625×0.8 tan 3.6D×2
= 39.7
km
电视系统理论分析计算 结果：识别距离达到近 24 km，发现距离达到近 40 km，满足总体使用指标 要求。
因目标背景的照度差，大气传输衰减，CCD 光 照灵敏度诸多因素的影响会造成作用距离下降，为解 决不同目标的跟踪、瞄准需求，电视系统还采用了调
(4)
3
1
MTFS (TeFfτd) 2
(
1
f)2
式中：NETD 为噪声等效温差；MTF S 为系统传递函 数；fT 为空间频率；S/N 为信噪比； f 为电路等效噪 声带宽；τd 为驻留时间；Te 为人眼积分时间； F f 为 帧频。
第 3 步：按公式(4)取相应的参数，定量解得在
f = (1/ 2) fc 特征频率处的最小可分辨温差为：
第 37 卷，增刊 Vol.37 Supplement
红外与激光工程
Infrared and Laser Engineering
2008 年 6 月 Jun. 2008
军用光电系统作用距离分析
赵妙娟，车 宏
（中航一集团第六一三研究所，河南 洛阳 471009）
摘要：军用光电探测系统非常重要的性能指标是作用距离。分析系统作用距离的目的是找出目
Abst r act : The efficient distance is a very important syst em indicator of the optical-electronic detector.
When the examination conditions are identified, the system efficient distance was analyzed in order to find