第３６卷第２期 ２００６年３月 航空计算技术 Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ Ｖ０１．３６ Ｎｏ．２ Ｍａｒ．２ＯＯ６
基于系统级测量参量的红外成像仿真方法
胡方明，张建奇，王晓蕊
（西安电子科技大学，陕西西安７１００７１）
摘要：针对新型红外成像系统的成像特性，通过时光电场景图像与系统输出图像特性的客观比 较，推导了场景图像灰度到光电成像系统输出图像的友度转换模型；首次提出了基于系统级的测量 参数：ｓ 、 、ＮＥＴＤ、噪声等效背景照度的光电输出成像的仿真方法，并给出了仿真结果。最后
现场试验验证了其合理性 关键词：红外成像系统；系统级测量参量；仿真 中图分类号：ＴＰ３９１．４１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１－６５４Ｘ（２００６）０２．０００１－０５
引言
光电成像系统的理论建模、成像仿真和性能评估
是光电成像技术领域的重要研究内容之一，也是成像
领域的研究热点。建立可靠而有效的成像仿真与评估
模型，不仅可以为成像系统的优化设计提供参考依据，
缩短系统的设计周期；还可以避免代价昂贵的军事试 验，节约军事开支，提高Ｔ作效率。本文将主要依据数
学仿真思路和生成的光电成像系统输出图像，探讨基
于系统级测量参量的红外成像仿真方法。它将对各种 光电成像系统的优化设计、性能评估、以及对各种搜
索、跟踪算法的设计、测试、评估等各个方面具有重要 的指导意义。
ｌ 光电场景图像与系统输出图像比较
我们进行光电成像系统建模仿真或性能评估，主
要关心的是光电成像系统输出图像。如何以光电场景 图像为基础仿真成像系统的输出图像，也正是光电成
像系统建模仿真所要解决的问题。为了完成这个目
标，首先应了解光电场景图像与系统输出图像两者所
包含信息的差异。这将为光电成像系统仿真的研究内
容及研究方法提供理论指导。 用基于Ｖｅｇａ软件开发包生成的光电场景作为光
电成像系统的输入信号源。具有如下特性： １）光电场景具有空间三维分布特性；
第３５卷第ｌ期 ２０１２年３月 长春理工大学学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＣｈａｎｇｃｈｕｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） ＶｏＪ．３５ Ｎｏ．１ Ｍａｒ．２０１２
基 Ｖｅｇａ的红外探测器成像效果数字仿真
杨思，段锦，祝勇，郑娟娟，刘欣悦
（长春理Ｔ大学电子信息工程学院，长春１３００２２）
摘要：根据红外成像仿真原理，构建了红外探测器成像数字仿真系统． 基于Ｖｅｇａ红外传感器模块，研究了物体的红外辐
射特性和探测器成像模型，利用ＳｅｎｓｏｒＶｉｓｉｏｎ和ＳｅｎｓｏｒＷｏｒｋｓ模块提供的相关接口，实现了物体的红外成像仿真。仿真生成
的红外目标图像逼真，对相关领域的红外图像的成像仿真和应用有一定的参考价值。 关键词：红外成像；探测器仿真；Ｖｅｇａ
中图分类号：ＴＰ３９１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—９８７０（２０１２）０１－００９６ ０４
Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｎ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｉｎｆｒａｒｅｄ
Ｄｅｔｅｃｔｏｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｖｅｇａ
ＹＡＮＧ ｓｉ，ＤｕＡＮ Ｊｉｎ，ｚＨｕ Ｙｏｎｇ，ＺＨＥＮＧ Ｊｕａｎｊｕａｎ，Ｉ ＩＵ Ｘｉｎｙｕｅ
（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００２２）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ｉｍａｇｉｎｇ ｏｆ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｄｅｔｅｃ
ｔｏｒ ｉｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ．Ｔｈｅ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｏｂｊｅｃｔ ａｎｄ ｉｍａｇｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ａｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ
增刊红外成像系统仿真、测试与评价技术：摘要797
的红外成像制导武器性能的测试与评估，由于费用高、周期长以及来自国际社会的压力大，采用外
场打靶的方法受到限制，而通过实验室半事物仿真的方法具有明显的优势。动态红外图像转换技术
是红外成像系统半实物仿真的关键技术之一。低温背景动态红外图像转换技术是指在实验室条件下
产生具有低温背景的红外目标，为被测试的空间红外成像系统提供红外目标和背景图象源。实现低
温背景动态红外图像转换的困难在于，由于只要温度不为零的物体都要辐射电磁波，红外图像转换
器件自身也会有热辐射，影响低温背景的实现。简要介绍近年来出现的低温背景动态红外图像转换
技术，包括低温工作电阻阵列、低温工作量子阱激光二极管阵列、半导体屏技术。对这3种技术进
行了详细的描述，包括基本原理、发展概况及其在低温背景动态红外景象模拟器中的应用。在此基
础上，提出一种利用数字微镜阵列调制红外激光，结合大范围衰减降低背景辐射，获得低温背景红
外动态图像转换的新方法。
关键词：低温背景；红外图像产生；半实物仿真
红外景象仿真器技术发展概况
周起勃
（上海技术物理研究所，上海200083）
摘要：描述了当前国际上红外景象仿真技术的发展动态，归纳了各种器件的发展过程，包括前
期已应用的Bly电池、液晶光阀、热电阻阵列、DMD数字微镜阵列、变形镜器件、IRCRT、扫描激
光器件等。当前正在发展的激光二极管阵列、红外等离子器件、和光子晶体等新型量子/光子红外景
象投影器。介绍了目前已应用的红外景象仿真系统，及其存在的问题。指出了当代先进的红外景象
仿真器期望的指标和发展方向，分辨率（＞1024×1024）、动态范围（16-bit）、实现高帧频（＞400Hz）、
高温度（2500K），解决多光谱景象仿真技术。介绍了上海技术物理研究所正在开展的红外景象仿真
研究工作，重点介绍包括DMD数字微镜阵列红外景象仿真、电阻阵列红外景象仿真和目标与背景
红外动态图像建模等方面的研究进展。简要描述了上述技术的基本原理、研究过程和方法，并列出
科技信息 高校理科研究
卫星红外辐射特性研夯
装备指挥技术学院研究生管理大队 李鸣 装备指挥技术学院装备采办系 杜小平
［摘要］研究卫星红外辐射特性，对于探测识别卫星、保障卫星运行安全等问题有重要意义。本文以美国ＫＨ一１２＿５卫星为目标，建 立了卫星的三维模型，对卫星表面进行了面元划分，依据卫星在空间的热平衡关系，应用节点网络法建立卫星表面每个面元的热平 衡方程，求解方程得到卫星表面的温度场分布，并结合普朗克定律计算了卫星红外辐射亮度，对得到的仿真结果进行分析，为天基 红外观测系统的性能研究提供数据支持。 ［关键词］红外辐射 热平衡方程 温度场分布 红外辐射亮度
１．引言 卫星在现代军事和经济领域中发挥着越来越重要的作用，各军事 强国为抢占空间优势，在发展卫星技术的同时也在研制反卫星武器，掌 握卫星在空间的运行情况是对卫星进行攻击的基础。对卫星进行监视 和侦查有雷达、光学及无源跟踪定位三种方式 。作为一种重要的光学 探测手段，红外探测具有对目标背景温差的高敏感性、探测手段的隐蔽 性，以及可进行多光谱探测等优点。反卫星武器的红外探测跟踪系统精 度高、探测距离远，能对地球同步轨道和大椭圆轨道上的卫星实施观 测，它性能的好坏将影响最终打击效果１２］。红外探测系统的论证、研制均 需要反映卫星红外辐射特性的数据，并需要对这些数据归类并分析处 理。以传热学为基础的卫星红外辐射特性建模仿真可以有效模拟各种 复杂条件下的卫星红外辐射特性，不仅可以直接应用于卫星的探测、识 别、红外制导武器平台的评估、模拟训练、人员培训等，还可以为空问红 外武器装备的研究、仿真和评估等提供极为经济有效的手段。 ２．卫星轨道参数与观测弧段 卫星红外辐射特性理论建模中部分工作是空间外热流的计算，外 热源的加热作用不但与卫星表面的结构和热物理特性（吸收率、发射 率、比热容、导热系数、密度等）等因素有关，还与卫星的外形和姿态以 及太阳、地球和卫星三者之问的相对空间位置有关。卫星的运动轨道是 一个平面，可用开普勒轨道根数来确定，从理论上来说可以用这些参数 计算出卫星在任意时刻ｔ的位置。本文研究的美国“锁眼 光学侦察卫 星ＫＨ－Ｉ２—５和天基红外观测系统平台Ｐｌａｔｆｏｒｍ轨道的基本参数如表１ 所示。 利用ＳＴＫ软件中的Ａｃｃｅｓｓ分析工具计算某天基观测系统平台 ＰＩＩｍ如ｍ对ＫＨ—Ｉ２－５卫星在ｌ Ｊａｎ ２０１ｌ ｌ２：∞：００００ｏ＿ｌ Ｊａｎ ２０１２ １２：００．－ ００．０００之间的理论可观测弧段，得知这些可观测弧段中最短持续可观 测时间是０．０７３ｓ，最长持续可观测时间是９．９３７ｓ。选取卫星在日照区的 某可观测弧段１３ Ｆｅｂ ２０１ｔ ２１：５８：３６．８７５—１３ Ｆｅｂ２０１１ ２１：５８：４４．７１３，对 该观测弧段ＫＨ一１２＿５的红外辐射特性进行计算分析和仿真。 表ｌ卫星ＫＨ一１２＿５与天基红外观测系统承载卫星平台轨道参数
