气候环境条件对红外光学探测器性能的影响

气候环境条件对红外光学探测器性能的影响

王 洋 侯广军 陈金竹 李 昆（营口世纪电子仪器有限公司，营口 115004）

摘 要 红外光学探测器能够实现导弹探测、识别和跟踪，其在工作的过程中容易受到大气的影响，而大气的性质又与环境气象之间存在紧密的联系。在北方较为干燥的环境下设计出的探测器在南方运用时，将会受到高温、高湿条件的影响而极大的降低使用效能。本文将对大气衰减以及背景辐射进行计算。

关键词 环境气象条件；AIRS红外光学探测器；大气在光学探测器的使用过程中，受大气环境的影响较大，主要包

括两个方面，即目标能量的减弱和探测目标对比度的降低。现阶段，国际上在对大气辐射传输方面的计算时，通常采用的是遥感、光学系统、气象资料反演等形式，MODTRAN软件能够为大气环境测量提供极大帮助，本文将利用其对环境气象条件对探测器性能产生影响的几个方面进行计算。1 大气目标能量衰减的计算

当探测器与目标之间存在一定的距离时，目标辐射能量在进入探测器之前，将会在过程中受到大气的衰减。大气衰减与环境气象条件有着十分重要的联系，并且随着气象条件的变化而发生不同的改变，因此即便是相同的目标，处于不同的气象条件下其所探测到的能量也存在着较大的区别。1.1 温湿变化影响透过率

例如，在水平探测的过程中，针对我国北方地区、南方地区以及南部沿海地区三种具有代表性区域在其所处条件下的大气衰减进行计算。三种代表性区域的气象条件分别为：第一种，与北方的平均气象条件相接近，晴，无污染，空气能见度超过20Km，气温约为15℃，相对湿度为45%左右；第二种，与南方的平均气象条件相接近，晴，无污染，空气能见度超过20Km，气温约为25.8℃，相对湿度为76%左右；第三种，与南部沿海地区的平均气象条件相接近，有海浪，空气能见度超过10Km，气温约为25.8℃，相对湿度为76%左右，风速为平均值。

当探测器与目标之间的距离为5km时，在第二、三种条件下，透过率与第一种相比在数值间的绝对偏差与相对偏差。当波长为3-5 m2时，第一种条件下透过率为0.4167；第二种条件下的透过率为0.2922，绝对偏差为0.1245，相对偏差为29.9%；第三种条件下的透过率为0.1999，绝对偏差为0.2168，相对偏差为52.0%；当波长为8-12 m2时，第一种条件下透过率为0.6613；第二种条件下的透过率为0.1763，绝对偏差为0.4850，相对偏差为73.3%；第三种条件下的透过率为0.1538，绝对偏差为0.5075，相对偏差为76.7%；由此可见，在透过率方面，第二种和第三种远远落后于第一种，这意味着在南方高温高湿的环境下，能够探测到的目标能量与北方相比来看较少。在相对偏差方面，范围保持在30%-77%之间，这将意味着当辐射能量的目标相同时，如若环境条件发生了改变，则探测器所接收能量发生的变化范围在30%-77%之间[1]。1.2 海上能见度影响透过率

由于受海浪和雾的影响，海面上的能见度也经常发生变化，本文将对温度与湿度相同的条件下，海上能见度对透过率产生的影响进行计算。主要针对上述第三种的温度数值，对20km和10km时的透过率进行计算。根据测量结果能够得出，大气衰减对海上能见度产生的影响较为明显，两个波段中的相对偏差达到28%和41%。

当探测器与目标之间的距离为5km时，在第三种条件下，透（上接101页）参考文献

1 王印博.老旧电梯安全评估方法研究及系统开发[D].长安大学，2015.

过率与第一种相比在数值间的绝对偏差与相对偏差。当波长为3-5 m2、海上能见度为20km时，透过率为0.1999，当海上能见度为10km时，透过率为0.1178，绝对偏差为0.0821，相对偏差为41.1%；当波长为8-12 m2、海上能见度为20km时，透过率为0.1763，当海上能见度为10km时，透过率为0.1271，绝对偏差为0.0492相对偏差为27.9%。2 背景辐射计算

为了研究探测器与背景之间的联系，分别对北方地区、南方地区在平均气象条件下的背景辐射亮度进行计算。当目标的高度与地面之间的距离较近时，假设探测器的仰角为5°，这时所接收到的背景为天空背景，其特性主要由探测方向上的大气性质和太阳照射等因素决定。本文主要选择三种具有代表性的气象条件，第一种，以标准大气模式为依据，展现北方平均大气情况；第二种，以热带大气模式为依据，展现南方平均大气情况；第三种，以热带大气模式为依据，展现南部沿海地区的大气情况，由于受海浪因素影响，将其能见度设置为10km[2]。

由计算结果能够看出，背景的确受到环境的影响，当波长为3-5 m2时，白天由于拥有太阳的照射，因此背景亮度随气象条件的变化幅度为60%-86%之间，在夜晚由于受到不同气象条件的影响，其变化的范围在68%-77%之间；当波长为8-12 m2时，背景辐射将不受太阳照射的影响，白天与夜晚受环境条件改变影响范围约为66%，并且粒子散射对短波起到较大的影响，海浪环境对于天空背景亮度的影响也是由短波来体现，因此对长波的影响不是十分显著。由此可见，在短波范围内，天空背景不但与温度和湿度相关，而且还受太阳照射以及海面状况的影响；相比来看，海面状况对长波的影响较小，主要受温度和湿度的影响较大[3]。3 结束语

综上所述，通过本文的比较研究可以看出，在我国北方地区、南方地区、南部沿海地区在大气辐射传输特性产生存在着较大的区别，尤其对于南方地区来说，当透过率降低时，大气背景辐射反而提升，使目标与背景之间的对比度明显降低，进而增加了探测的难度。因此，在进行相关系统设计的过程中，应与作战环境相符合，并且对探测器指标进行合理的设计和选择，这样才能使探测能力得到有效的增强。参考文献

1 王林祥，聂文琪，孔文艳.军用车辆灭火抑爆系统中光学探测温度适应技术[J].兵工自动化，2012，31（05）：65-67+71.

2 赵佳明.智能激光防护材料：氧化钒薄膜的生长及其光电性能研究[D].大连理工大学，2012.

3 刘浩，吴开峰.环境气象条件对光学探测器性能的影响研究[J].航天电子对抗，2014（04）：46-48.

2 杨书强.老旧电梯安全隐患及应对措施[J].现代商贸工业，2014，26（11）：181-182.

3 赖跃阳，李刚峰.老旧电梯安全风险评价探析[J].机电技术，2011，34（06）：98-100.

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