军用光电系统作用距离分析

第37卷，增刊 红外与激光工程 2008年6月 V ol.37 Supplement Infrared and Laser Engineering Jun. 2008

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。Email: zhmiaojuan@

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

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 military

ZHAO Miao-juan, CHE Hong

(No.613 Research Institute of China Aeronautical Industry, Luoyang 471009, China)

Abstract: The efficient distance is a very important system indicator of the optical-electronic detector. When the examination conditions are identified, the system efficient distance was analyzed in order to find the quantitive-relation among the object, the atmosphere and the transducer characters. Thus the other design indicators of the system were coordinated and selected, so as to realize the best characters of the 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 distance in certain conditions was calculated quantitively.

Key words: Efficient distance; Synthetic optical-electronic System on aeroplane;

Infrared/laser/television

0 引 言

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。

目的在于能协调折衷、选择确定在特定考核条件下的最佳系统设计参数。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。

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和照射。

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：

d M d

M s

t ()

t t r r r π()e cos R R R R P P t t A σρθ−+×= (1) 式中：P t 为激光器发射功率，它是激光脉冲能量E

和脉宽r 的函数，P t =E /r ；P s 为寻的器或测距机接收到的功率；t t 为激光发射系统的透过率；t r 为寻的器或测距机接收系统的透过率；σ为大气衰减系数；R d 为测距发射天线至目标的距离；R M 为寻的器至目标的距离，在测距状态下计算时使R M =R d =R 即可；ρt 为目标反射率；θr 为目标法线与激光轴的夹角；A r 为接收孔径面积。

分析公式(1)可知：在系统灵敏度P s 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统总体对激光分系统要求的性能指标。

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。

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：

2R AN n ηω= (2)

式中：2ω为观察视场；N 为扫描行数；η为消隐系

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：

106250.8

23.8km tan1.58

R ××==×D 识别

106250.8

39.7km tan 3.62

R ××=

=×D 发现

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

图1 红外成像系统框图 Fig.1 Chart of IR imaging system

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 =∆T B τa (3) 式中：τa 为波长和距离的函数；∆T B 为战术使用的目标参数。公式(3)的物理意义是：具有温差为∆T B 的目标经给定距离的大气衰减后，可被红外成像系统分