制冷型探测器在不同大气条件下红外搜索系统作用距离计算问题

制冷型探测器在不同大气条件下红外搜索系统作用距离计算问题

已知条件：

1、制冷型探测器：3~5μ 30μ（像元） 像素：320×240

2、3~5μm 波段在海面情况下（分别针对喷气式飞机和舰艇）传输透过率分析。（晴朗和浓雾）

3、能量计算（探测距离）

（1）海面对空 20km ，喷气式飞机，翼展30m （2）海面 20km ，舰艇 （3）相对孔径、透过率

4、非制冷型红外探测器光学系统参数：f′=30~180；F ：2.1；透过率：τ〉70% 求晴朗和浓雾大气条件下红外搜索系统作用距离。 解：

搜索系统的作用距离方程为：

21

2

1

*0])(4[n

s f F DD I S υυωσττπα⋅

∆= 其中：i I ： 红外辐射强度 ατ： 大气透过率

0τ： 光学系统透过率 D ： 通光口径 *D ： 探测率 σ： 信号过程因子 F ： 光圈数 ω： 视场角

f ∆： 系统带宽 n

s u u

：信噪比

对于制冷型波段在3-5μm, 30u (像元)

分辨率为320⨯240 'f =180mm=18cm F=2.1 晴朗时T=25C ︒ RH=90% 1) 通过查阅《红外技术》知在3-5μm 波段范围内，飞机的辐射强度

53-I =483.49sr

w

2) 大气透过率为大气中水蒸气透过率与大气中CO 2中透过率的乘积即

2

2

CO O H τττα⋅=

相对湿度为空气中试样水蒸气含量与饱和时水蒸气含量比值

即S

RH ρρω

=

经查表知25C ︒饱和水蒸气的质量为S ρ=22.80 3

m g

则356.42080.22m

g RH s w =︒︒⨯=⨯=ρρ

又因为高度为h 的水平距离X 所具有的透射比等于长度为0X 的等效海平面上透射比即

k

P

P

X X ⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛⋅=0

0 其中P ：高度为h 处的大气压强

P 0：平面上的大气压强

k ：常数 对H 2O 系统k=0.5，对CO 2系统k=1.5 。 又因为根据已知有h=10km d=20km

∴水平距离X=22h d -=221020-=103km

经查表得 当h=10km 时

对于H 2O 系统：k

⎪⎪⎭⎫

⎝⎛0ρρ=0.518

对于CO 2系统：k ⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛0ρρ=0.141

根据以上数据可求得对于水蒸气全路程可凝结水的毫米数为

K

O

H W W X X O

H 220

0W ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⋅=⋅=ρ

ρ

ρρ = 4.56⨯17.32⨯0.518 = 40.911mm

经查表可得在3-5μm 范围内，可凝结水毫米数为40.911mm 的透过率对所有数值进行加和取平均

()2 3.0

5.0

3.1 3.2

4.9(

/202

2

H O

τττ

τττ=+++⋅⋅⋅⋅++

晴朗）

=0.001+0.029+0.084+0.233+0.509+0.768+0.883+0.922+0.961+0.961+0.940+0.92

2+0.883+0.824+0.623+0.465+0.334+0.233+0.172+0.0375）/20

= 0.539

对于CO 2的等效海平面的水平距离为

km X X K

CO CO 442.2141.072.132

2

=⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=ρ

ρ 经查表可得在3-5μm 范围内,海平面水平距离为2CO X 的CO 2的透射率的平均值为：

()2 3.1 3.2 4.9 5.01

220

CO τττττ⎛⎫=++++⋅ ⎪⎝⎭L 晴朗= (+211+1+……+0.875+0.993/2）/20

= 0.823

22()()H O CO ατττ=⋅（晴朗）晴朗晴朗 =0.539823.0⨯ =0.444

有浓雾时：经查表得T=30C ︒时，饱和空气中水蒸气质量为30.043

m g

RH S W ⋅=ρρ

则水蒸气全路程可凝结水的毫米数为

2200K

W H O

S H O

W X RH X ρρρρ⎛⎫

=⋅=⋅⋅⋅ ⎪⎝⎭

=30.04⨯0.9⨯17.32⨯0.518 =242.561mm

经查表可得在3-5um 波段范围内，可凝结水的毫米数为242.56mm 的透过率平均值为

2 3.0 5.03.1 3.2 4.9()

(0000.00400)22(0.36032020H o ττττττ+++⋅⋅⋅⋅+=+++++==浓雾）

对于CO 2的透过率，由于海平面的水平距离没有改变则2co τ没有改变 则2co τ（晴朗）=2co τ（浓雾）=0.823 则有浓雾的大气透过率：

ατ（浓雾）= 2H o τ（浓雾）2

co τ⋅（浓雾）

=0.3603×0.823

=0.297

由公式0

/

D f F =可得，

cm cm F f D 571.81

.218/0===

视场角0021.01802403018032030/

/=⨯⨯⨯=⋅=

mm um

mm um f b f q w

取信号因子67.0=σ系统宽带f ∆=26.12×3z 10H 信噪比

5=n

s

u u 1211

1103.1-*

⋅⋅⨯=W H cm D Z