1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春30033
2 中国科学院大学，北京100049
3 吉林省智能波前传感与控制重点实验室，吉林长春100
4 中国人民解放军63768部队，陕西西安710200
大视场光学望远镜是中高轨目标搜索的重要设备，在搜索图像中除中高轨目标外还存在恒星目标，对恒星目标进行辨识与抑制是中高轨目标检测的必要环节之一。考虑银道面附近天区、曝光时间差异以及多云遮挡等因素的影响，图像中的星场密度变化区间非常大，传统的恒星辨识方法在计算准确性与实时性方面均存在局限性，导致恒星虚警、计算超时等情况的发生。为解决该问题，提出了一种基于惯性坐标时域相对不变性的恒星辨识与抑制方法。推导了地平坐标系与惯性坐标系的数学转换关系，并由此构建了恒星辨识模型；在不同的静态系统误差条件下，量化分析了恒星目标的惯性坐标时域相对不变性；最后，开展了恒星辨识与抑制算法的仿真与实验验证。仿真与实验结果表明：在时间间隔为10 s、静态系统误差为10″的条件下，恒星的惯性坐标最大相对差异为0.51″（赤经），0.16″（赤纬），其时域相对不变性满足恒星辨识需求，辨识过程完全不依赖星场密度。经100圈次中高轨目标实测图像验证，本文方法未出现恒星虚警及中高轨目标检测缺失的现象。
目标检测 恒星辨识与抑制 中高轨目标搜索 惯性坐标系 target detection identification and suppression of stars search of GEO and MEO inertial coordinate system
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对目前地基空间探测红外成像系统对高灵敏度、高探测能力及信噪比的要求, 对地基冷光学红外成像技术进行了研究, 包括红外杜瓦冷却系统内部辐射抑制、系统终端快速制冷、低温红外探测器的研制、低温冷光学系统设计装调等关键技术。在各项系统技术突破的基础上, 研制出一套相对孔径1:10、分辨率320×256、兼容中波3~5 μm和长波8~10 μm波段的冷光学红外成像终端。系统终端实现制冷温度最低至42 K, 真空度10-5 Pa量级。将终端与1.23 m口径地基望远镜对接, 对月亮和红外标准星观测具有良好的成像效果。该系统的研究为地基大口径冷光学红外探测技术提供参考。
冷光学 红外探测 多波段 低温杜瓦 cold optics infrared detection multiband cryogenic Dewar 红外与激光工程
2018, 47(9): 0904001
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130039
为了实现对红外滤光片辐射特性的量化分析,研究了一种红外滤光片截止波段等效发射率反演方法,并建立了反演方法的基本数学模型。在有、无红外滤光片的情况下,分别对红外成像系统进行辐射定标,并基于定标结果计算红外滤光片截止波段的自身辐射;基于极坐标系下的有限面源至微面源辐射模型,反演红外滤光片截止波段的等效发射率。根据基本数学模型开展了反演实验,在积分时间为0.8 ms与4.0 ms两种实验条件下对中波红外滤光片进行反演,取两次实验结果的算术平均值(0.420)为等效发射率反演结果,则其等效反射率约为0.580;两次实验结果的相对差异较小,约为1.9%。开展了中波红外滤光片的反射成像实验,证明了其在截止波段具备较强的反射辐射特性,定性地验证了反演实验的结果。
大气光学 红外滤光片 发射率 辐射定标 辐射特性
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
基于红外标准星和内部黑体标定源的联合辐射定标法可提高空间目标的红外辐射测量精度。黑体标定源位于红外辐射测量系统内部,用于定标光学系统响应率。依据大气消光模型,采用天文孔径测光法,通过观测不同仰角处的多颗具有较高光谱分辨率的红外标准星得到大气消光和系统透过率系数。700 mm口径地基中波红外辐射测量系统验证性实验的结果表明,在恒星图像曝光充分的情况下,联合辐射定标法的恒星辐照度反演误差优于11%。联合辐射定标法操作简单、成本低,可随时对测量设备进行现场标校。
测量 联合辐射定标 红外辐射 红外标准星 辐射反演 大气消光
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对中高轨目标暗弱为目标识别和识别效率增加的难度, 研究了基于被动光学系统的地基光电光测系统; 同时提出了一种通过对原始图像进行最优化处理, 从而有效提高目标信噪比, 增加目标识别效率的方法。首先分析了在轨目标的光学反射特性, 比较了不同模式下目标的信噪比, 给出光电监视系统的最优设计方案。然后, 结合目标运动特性和观测条件等因素, 设计了适合中高轨道目标的地基地球同步轨道(GEO)目标的观测模式。最后, 针对暗弱目标图像识别难题, 提出了基于最优化原理的低信噪比目标识别图像处理的新方法。根据实测数据对本文方法进行了实验验证, 并与传统差帧法进行了比较。结果显示, 本文方法可在目标信噪比大于3.09点条件下识别出目标。 该项研究对中高轨道目标光电监视用设备的设计和使用很有参考价值。
同步轨道 中高轨道 目标识别 光电监视 信噪比 图像处理 Geosynchronous Orbit (GEO) mid-high orbit target recognition photoelectric surveillance Signal to Noise Ratio(SNR) image process 光学 精密工程
2017, 25(10): 2584
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
考虑标准红外星定标方法无法测定地基大口径红外光电系统像元级的辐射响应度, 进而导致对系统存在的非均匀性现象适应能力差的问题, 提出了基于标准红外星与小口径黑体的联合辐射定标方法。该方法以标准红外星为外定标参考源, 测定全光路系统的辐射响应度; 以小口径黑体为内定标参考源, 测定半光路系统像元级的辐射响应度; 最后, 结合内、外定标结果推算前端光学系统透过率, 进而实现系统的全光路像元级辐射响应度定标。开展了自然星红外辐射特性测量实验, 并与标准红外星定标方法进行了对比。结果显示: 提出方法获得的目标最大反演误差为15.89%, 而标准红外星定标方法在最理想情况下获得的最大反演误差为15.92%, 表明提出方法的定标精度高于标准红外星定标方法。另外, 提出方法能够测定全光路系统像元级的辐射响应度, 克服了系统响应非均匀性的影响, 进而提高了红外探测器的焦平面利用率, 弥补了标准红外星定标方法的应用缺陷。
红外光电系统 联合辐射定标 标准红外星 小口径黑体 红外辐射特性 infrared photoelectric system combined radiometric calibration infrared standard stars small-aperture blackbody infrared radiation feature 光学 精密工程
2017, 25(10): 2541
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033,
为实现中波红外整层大气透过率的现场测量, 提高空间目标红外辐射特性测量精度, 研究了基于标准红外自然星的大气透过率测量方法。建立了基于Beer定律和Langley-Plot定标原理的测量实验数学模型, 搭建了基于1.2 m口径地基光电望远镜的测量实验系统。采用了“准实时单点校正”“窗口提取”和“信噪比特性曲线”等方法有效降低了红外探测器非均匀性和自然星弥散成像等问题给测量精度带来的影响。最后, 分析了测量实验的理论误差。实验数据显示: 空间目标大气层外红外辐射照度测量的最大实际误差为16.28%, 中波红外整层大气透过率测量的理论误差为1175%。结果表明: 基于标准红外自然星的大气透过率测量方法测量误差小, 实验系统对外场观测任务适应性强, 为空间目标红外辐射特性的地基测量提供了新的解决方案。
大气透过率测量 红外辐射 空间目标 标准红外自然星 地基大口径望远镜 atmospheric transmittance measurement infrared radiation space target standard infrared star large-aperture ground-based telescope
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
在地基大口径红外光电设备的多目标分时观测中，为了消除环境因素对系统绝对辐射响应度的影响，在观测间歇快速地完成红外光电设备的辐射定标，研究了快速辐射定标方法。建立了定标实验的数学模型，确定了实验流程；以标准红外自然星为辐射定标源对红外光电设备的绝对辐射响应度进行了定标，并测量了大气透射率；对已知辐射照度的自然星进行观测，并通过定标实验得到的参数进行反演计算。数据表明,基于快速辐射定标方法的目标辐射照度反演最大相对误差为18.93%，定标实验占用时间约为4 min。作为对比，基于面源黑体定标光学系统并应用Modtran软件计算大气透射率的传统方法，反演最大相对误差为28.74%，定标实验占用时间约为17 min。结果表明，与传统方法相比，快速辐射定标方法的实验占用时间显著缩短，目标反演误差明显降低；系统不需要匹配面源黑体，大幅降低了成本。
测量 红外辐射特性 快速辐射定标 标准红外自然星 大气透射率测量
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 长春 130033
2 中国科学院研究生院, 北京 100039
为了提高空间目标的红外辐射测量准确度, 提出了基于精确校准的红外标准星的红外辐射标校方法.测量不同大气质量处多颗具有较高光谱分辨率的红外标准星, 采用天文孔径测光法对望远镜拍星数据进行处理, 依据大气消光模型进行最小二乘线性拟合, 获得了测量系统的红外辐射响应率和大气消光.1.2 m望远镜上中波红外成像终端验证性实验结果表明, 该方法的恒星辐照度反演误差最大为16.28%.且该方法无需增加额外设备, 操作简单, 易于实现, 可随时对测量设备进行实时标校.对地基大口径望远镜的红外辐射测量具有一定的应用价值.
实时标校 红外辐射 红外标准星 辐射反演 大气消光 Real-time calibration Infrared radiation Infrared calibration stars Radiation inversion Atmospheric extinction 光子学报
2014, 43(12): 1204004
