飞行弹丸红外辐射特性模拟测试研究

ｒ 。 （ ） ＝ （ ， Ｒ） ／ （ ， ０ ） ＝ｅ ｘ ｐ ｛一 （ ） Ｒ） （ ５ ）
红外辐射是一种热辐射 ， 任何绝对物体大于 Ｏ Ｋ的 物体 ， 都会 向外 发射红 外 辐 射 ， 根据 普 朗克 定 律 ， 飞行 弹
丸在 温 度 Ｔ下光谱 辐射 出射度 、 辐射亮 度可表示 为 ：
的光束 。然后 光 束 经过 反 射镜 ７被反 射 到 了经 ４上 ， 棱
扩束器光学原理图。图中 ｈ 】 ， 为人射激光束的孑 Ｌ 径， ｈ ２ 为 出射激光束的孔径 ； ｆ ｌ ， ｆ ２ 分别为负 目镜 、 正 物镜 的焦距。
） 一５
．
０
（ ） ＝ｅ— 一 ｅ ｘ ｐ （ ） 一１
（ １ ）
在某一 时刻 ， 飞行 弹 丸表 面在 红 外探 测 器 器件 有效
波段 １ ～ ２ 的辐 射亮 度为 （ ， ）， 有
１ ＾ ２
大气光谱 透过率 （ ） 可 由下式计算 ：
（ ２ ） ｒ （ ） ＝ １ （ ） ｒ ２ （ ） ｒ ３ （ ） （ ６ ）
１ 飞行弹 丸红 外辐射 理论
由（ ４ ） 式可知， 探、 坝 ４ 距离与大气特性和气象条件密切
相关 。大气 透 过 率是 影 响红 外 探 测 靶 探 测距 离 关 键 因 素 。辐射 衰减 由大气 透 过率 来 表 征 ， 大气 对 光 电探 测 靶 的影响表 现在辐射 衰减 ， 红 外辐 射 衰减 与 以下 三种 现 象 有关 ： （ １ ） 大气 气体 分子 的吸 收 ； （ ２ ） 大气 分 子 ， 微 粒 等 的 散射 ； （ ３ ） 雨， 雪等气 象条件 的影响 ） 辐 射衰减 由大气透过 率来表 征 ， 计算 方程 如下 ：
Ｌ （ ） ＝ ｊ Ｍｏ （ ）
， ｌ 【 辐 射亮 度 ； Ｃ ｌ 和 Ｃ ２ 分 别是第
一
其中， ｒ １ （ ） 一 被大 气气 体 分子 吸 收 的光 谱 透 过 率 ； ｒ ２ （ ） 一 大气影 响下 的散 射 的光 谱 透过 率 ； ｒ ３ （ ） 一 因 气 象 条件衰减 下 的大气 光谱透 过率 。 计算 出大气 的光谱 透过 率 之后 ， 可得 到 大气 传 输 影
响之下飞行 弹丸 的红外 辐射 特 性 ， 即红外 探 测 器最 终 获
辐 射常 数 ３ ． ７ ４ ２ Ｘ １ ０ Ｗ・ ｔ ， ｍ ／ ｍ ２ 和第二 辐射 常数 １ ． ４ ３ ９
×ｌ Ｏ ４ｕ ｍ・ ； ￡为弹 丸材 料 的辐 射 系数 ； 为 弹 丸的有 效
，
辐射 波 长 ， 为 弹丸绝 对温度 Ｋ。
升降杆 架 １ Ｏ扩束准直镜 ｌ １ 激光器 １ ２凸台
测试平台中， 激光器 ｌ １ 发出的光经过扩束准直镜 １ ０
吕局 迎 等 ： 飞行 弹 丸 红 外 辐 射 特 性 模 拟 鼬 试研 究
后， 得到一直径 ３ ０ ａ ｒ ｍ的光束 ， 该光束通过光阑 ７ 上面的 测试所需要的 口径， 就得到了与测试所需弹丸 口径一致
吕 月 迎 安 莹
（ 西安工业大学 光 电工程学院 ， 陕西 西安 ７ １ ０ ０ ３ ２ ）
摘 要： 为 了消除光电探测靶对背景光源 的依赖 ， 研究 了大气传输对飞行弹丸红外辐射特性的影响 ， 设计飞行 弹丸模 拟试验平台， 通过此平台对飞行弹
丸红外辐射杼肚进行 了模拟测试实验。实验测试表明 ， 该试验平台操作方便、 可靠性高、 成本低， 可以实现对不同口径（ Ｓ ｍ ｍ～３ ｏ ｒ ｍ ） 弹丸的模拟测试。 关键 词： 红外辐射 ； 大气透过率 ； 弹丸
＝
√ 。
式中： 鸭
一 ．
ｓ （ 。 。 南
Ａ 一飞行弹丸在 １ 一 ２ 波段范围的辐射
出射度； ． ｓ 一探测器光学系统的人射孔径面积 ； ｒ Ⅱ （ ） 一
】 一 ２
有 效波 段范 围内 的大 气平 均透过 率 ； Ｄ ０ 一光谱 探
图 １ 测 试 平 台 示 意 图
测 器件 有效 面积 ； Ｉ ＿ ０ 一 飞行 弹丸与探测 器之 间距离 。
２ 大气 衰减对 飞行弹 丸红 外辐射特 性的 影响
３ ． １ 模 拟测试平 台 的总体 设计 如图 １ 所示 为本测试平 台系统 示意 图 。
由文献［ ２ ］ 可知在光电探测靶的红外探测过程 中， 探
测距离 是最 主要 的技术 指 标 ， 直接 反 应着 红 外探 测 器 的 性 能好 坏 ， 可知红 外探测 系统 的探ｉ 贝 ４ 距离 方程 为 ：
测率 ； Ｚ ＂ ０ （ ） 一光学 系统 的光谱 透射 比； Ｋ 一光学系统 的 修正因子 ； △ 产 一 代表 电路等效噪声带宽 ； Ａ ｄ 一敏感元件 的有效敏感面积； ／ 一探测系统的信噪比； ｒ 。 （ ） 一 大气透 过率
１ 导轨 ２ 滑块 ３ 天幕靶 ４ 棱镜 ５ 步进 电机 ６ 反射镜 ７光阑 ８ 升降杆 ９
＾ ，
．
＝
』 ｏ （ ， ） ｄ ａ
Ｌ ＾ １
（ ３ ）
得飞行 弹丸 的红外 辐射 出射度 为 ：
（ ） ＝ｒ 。 （ ） ０ （ ） ３ 飞行弹 丸模拟测 试平 台设计方 案
式 中 ：． Ｓ １ 一 飞行 弹丸辐 射源 的有效面积 ； ｓ ２ 一 红外探
《 计量与翻试技 术》 ２ ｏ １ ３年第 ４ ｏ巷第 ３期
飞行 弹丸 红外 辐射 特性模 拟测试 研 究
Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｔ ｅ ｓ ｔ ｏ ｆ Ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ Ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ Ｆ ｌ ｙ ｉ ｎ ｇ Ｐ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｌ ｅ ｓ