红外成像光学系统近场辐射噪声建模与仿真分析

杜渐; 费锦东

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红外成像光学系统近场辐射噪声建模与仿真分析

杜渐, 费锦东

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杜渐, 费锦东. 红外成像光学系统近场辐射噪声建模与仿真分析[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(1): 1-5.

引用本文:

杜渐, 费锦东. 红外成像光学系统近场辐射噪声建模与仿真分析[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(1): 1-5.

Du Jian, Fei Jindong. Modeling and simulation analysis of near-field radiation noise of infrared imaging system[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(1): 1-5.

Citation:

Du Jian, Fei Jindong. Modeling and simulation analysis of near-field radiation noise of infrared imaging system[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(1): 1-5.

红外成像光学系统近场辐射噪声建模与仿真分析

杜渐,
费锦东

1.
北京仿真中心航天系统仿真重点实验室,北京100854

基金项目:

国防科技重点实验室基金

详细信息

作者简介:
杜渐（1988- ），男，硕士生，主要从事红外仿真技术方面研究。Email：chocolatedj@live.cn；费锦东（1963- ），男，研究员，主要从事光学探测制导与仿真技术方面的研究。

杜渐（1988- ），男，硕士生，主要从事红外仿真技术方面研究。Email：chocolatedj@live.cn；费锦东（1963- ），男，研究员，主要从事光学探测制导与仿真技术方面的研究。

中图分类号: TN21

Modeling and simulation analysis of near-field radiation noise of infrared imaging system

1.
Science and Technology on Special System Simulation Laboratory,Beijing Simulation Center,Beijing 100854,China

摘要: 在红外探测系统中，当目标信号比较弱时，少量的杂散光引起的噪声就会大大降低系统的输出信噪比，从而降低系统的探测能力。对于高灵敏红外成像探测系统和低冷辐射环境模拟系统，系统自身热辐射将成为杂光的最大来源。文中分析说明了系统自身热辐射杂光的确定性和近场性，提出了一种新的基于光线光学的计算模型，讨论了计算模型中的一些关键问题和解决方法，并编程实现了对近场物体杂散辐射的精确数值模拟与仿真。得到了杂光在探测器上的辐照度分布图，并分析了温度、物距和辐射系数等参数对系统杂光水平的影响。对如何合理高效地降低系统自身热辐射噪声具有指导意义。
- 自身热辐射 /
- 红外成像系统 /
- 数值模拟
Abstract: In infrared detection systems, when the target signal is relatively weak, the noise caused by a spot of stray light will greatly reduce the SNR of system, thus reduce the system's detection capability. For highly sensitive infrared imaging system and low temperature environment simulation system, the thermal radiation emitted from the optical surfaces is the largest source of stray light. In this paper, the certainty and near-field property of self-emitted thermal radiation stray light were analyzed, and a new computational model based on ray optics was proposed. Some key problems in the calculation model were discussed, the solutions were proposed. Moreover, the near-field thermal radiation of objects was accurately numerical simulated. Distribution of irradiance on the detector was gained, the effects of temperature, distance, radiation coefficient and other parameters on the stray light level were analyzed, which has a guiding significance on reducing the system' s thermal radiation noise reasonably and efficiently.
- self-emitted thermal radiation /
- infrared imaging system /
- numerical simulation

[1]
[2]	Niu Jinxing, Zhou Renkui, Liu Zhaohui. Analysis of stray light caused by thermal radiation of infrared detection system[J]. Acta Optica Sinica, 2010(8): 2267-2271. (in Chinese) 牛金星, 周仁魁, 刘朝晖. 红外探测系统自身热辐射杂散光的分析[J]. 光学学报, 2010(8): 2267-2271.
[3]
[4]	Wang Wenfang, Yang Xiaoxu, Jiang Kai. Analysis of stray light of wide field infrared catadioptric optical system [J]. Infrared and Laser Engineering, 2013, 42(1): 138-142. (in Chinese) 王文芳, 杨晓许, 姜凯. 大视场红外折反光学系统杂散光分析[J]. 红外与激光工程, 2013, 42(1): 138-142.
[5]
[6]	An Liansheng, Li Guodong. Computer simulation and analysis for the intensity distribution of illumination systems [J]. Optical Technique, 1998(6): 46-48, 74. (in Chinese) 安连生, 李国栋. 照明光学系统照度分布的计算机模拟分析[J]. 光学技术, 1998(6): 46-48, 74.
[7]
[8]	Li Xiaotong, Cen Zhaofeng, Deng Shitao. Analysis of ghost image of high power laser device terminal optical system[J]. Infrared and Laser Engineering, 2008, 37(5): 839-842. (in Chinese) 李晓彤, 岑兆丰, 邓诗涛. 高功率激光装置中终端光学系统的鬼像分析[J]. 红外与激光工程, 2008, 37(5): 839-842.
[9]
[10]	Xi Xiao, Li Xiaotong, Cen Zhaofeng. Influence of thermal radiations in infrared optical systems [C]//SPIE, 2005, 5638: 362-367.
[11]	Wang Yifeng, Mao Jingxiang, Fan Naihua. Computation of distribution of radiant rays from inner wall surface of cold shield on the detector chip with Monte Carlo method and MATLAB [J]. Electro-Optic Technology Application, 2010 (3): 39-44. (in Chinese) 王忆锋, 毛京湘, 范乃华. 用蒙特卡罗方法和MATLAB 计算冷屏内壁表面辐射光线在探测器芯片上的分布状态[J]. 光电技术应用, 2010(3): 39-44.

[1]	李宝库, 柳乐, 徐伟, 曾文彬, 胡海飞, 闫锋, 蔡盛. 红外系统自身热辐射导致的分布式探测距离变化分析 . 红外与激光工程, 2023, 52(3): 20220417-1-20220417-11. doi: 10.3788/IRLA20220417
[2]	傅杨奥骁, 江涛, 刘庆宗, 丁明松, 李鹏, 董维中, 高铁锁, 许勇. 高超声速飞行器热喷高温燃气红外辐射特性数值模拟 . 红外与激光工程, 2022, 51(10): 20220023-1-20220023-10. doi: 10.3788/IRLA20220023
[3]	李周, 李铭扬, 余毅, 何锋赟, 蔡立华. 基于二次修正提高宽动态红外辐射测量精度 . 红外与激光工程, 2020, 49(10): 20200142-1-20200142-6. doi: 10.3788/IRLA20200142
[4]	余菲, 任栖锋, 李华, 孙威, 黄智强. 同轴全反红外光学系统自身热辐射测量方法 . 红外与激光工程, 2018, 47(1): 104003-0104003(7). doi: 10.3788/IRLA201847.0104003
[5]	于学丽, 丁双红, 贾海旭, 辛磊. 主动调Q腔内和频拉曼激光器的数值模拟 . 红外与激光工程, 2017, 46(9): 906001-0906001(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0906001
[6]	李盾, 宁禹, 吴武明, 孙全, 杜少军. 旋转相位屏的动态大气湍流数值模拟和验证方法 . 红外与激光工程, 2017, 46(12): 1211003-1211003(7). doi: 10.3788/IRLA201746.1211003
[7]	高铁锁, 江涛, 丁明松, 董维中, 刘庆宗. 高超声速拦截弹绕流红外辐射特性数值模拟 . 红外与激光工程, 2017, 46(12): 1204001-1204001(8). doi: 10.3788/IRLA201746.1204001
[8]	史浩然, 李召龙, 沈同圣, 娄树理. 采样红外成像系统的混淆效应研究 . 红外与激光工程, 2016, 45(4): 404003-0404003(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0404003
[9]	常金勇, 强希文, 胡月宏, 宗飞, 李志朝, 封双连. 激光传输光束抖动效应的数值模拟 . 红外与激光工程, 2015, 44(S1): 46-49.
[10]	戴毅斌, 樊玉杰, 李明尧, 刘晓宇, 蒋彭胜, 殷开婷. 多点激光微冲击成形的数值模拟研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(S1): 50-56.
[11]	沈同圣, 史浩然, 娄树理, 李召龙. 填充因子对微扫描系统成像质量影响分析 . 红外与激光工程, 2015, 44(8): 2292-2297.
[12]	刘家琛, 唐鑫, 巨永林. 微型红外探测器组件快速冷却过程数值模拟分析 . 红外与激光工程, 2015, 44(3): 816-820.
[13]	张金玉, 孟祥兵, 杨正伟, 王冬冬, 陶胜杰. 红外锁相法涂层测厚数值模拟与分析 . 红外与激光工程, 2015, 44(1): 6-11.
[14]	许兆美, 刘永志, 周建忠, 蒋素琴, 王庆安, 汪通, 洪宗海. 基于生死单元的激光铣削温度场数值模拟与验证 . 红外与激光工程, 2014, 43(6): 1755-1760.
[15]	孙杜娟, 胡以华, 李乐. 气溶胶“沉降—扩散”联合动态数值模拟 . 红外与激光工程, 2014, 43(2): 449-453.
[16]	刘小雨, 江勇, 李卒, 陈世国, 莫冬腊. 某型涡扇发动机红外抑制方案数值研究 . 红外与激光工程, 2014, 43(8): 2482-2488.
[17]	陈林, 杨立, 范春利, 吕事桂, 石宏臣. 线性调频激励的红外无损检测及其数值模拟 . 红外与激光工程, 2014, 43(5): 1385-1389.
[18]	唐力铁, 于志闯, 赵乐至, 尹飞, 郭士波, 谈斌. DF/HF化学激光器喷管总压损失的数值模拟 . 红外与激光工程, 2013, 42(5): 1194-1197.
[19]	徐顶国, 桑建华, 罗明东. 无人机蒙皮红外辐射特征研究 . 红外与激光工程, 2013, 42(4): 880-884.
[20]	关英姿. 整流罩气动加热对红外成像系统像质的影响 . 红外与激光工程, 2013, 42(2): 290-293.

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红外成像光学系统近场辐射噪声建模与仿真分析

杜渐,
费锦东

1. 北京仿真中心航天系统仿真重点实验室,北京100854

作者简介:
杜渐（1988- ），男，硕士生，主要从事红外仿真技术方面研究。Email：chocolatedj@live.cn；费锦东（1963- ），男，研究员，主要从事光学探测制导与仿真技术方面的研究。

杜渐（1988- ），男，硕士生，主要从事红外仿真技术方面研究。Email：chocolatedj@live.cn；费锦东（1963- ），男，研究员，主要从事光学探测制导与仿真技术方面的研究。

收稿日期: 2013-05-11
修回日期: 2013-06-12
刊出日期: 2014-01-25

基金项目:

国防科技重点实验室基金

中图分类号: TN21

关键词:

摘要: 在红外探测系统中，当目标信号比较弱时，少量的杂散光引起的噪声就会大大降低系统的输出信噪比，从而降低系统的探测能力。对于高灵敏红外成像探测系统和低冷辐射环境模拟系统，系统自身热辐射将成为杂光的最大来源。文中分析说明了系统自身热辐射杂光的确定性和近场性，提出了一种新的基于光线光学的计算模型，讨论了计算模型中的一些关键问题和解决方法，并编程实现了对近场物体杂散辐射的精确数值模拟与仿真。得到了杂光在探测器上的辐照度分布图，并分析了温度、物距和辐射系数等参数对系统杂光水平的影响。对如何合理高效地降低系统自身热辐射噪声具有指导意义。