大气折射是影响目标外弹道参数光学测量的重要因素之一,当对测量精度要求较高时,需对光学测量设备的折射误差进行修正。针对标准方法理论推导过程不够精确,计算过程中需要反复迭代的问题,根据光学测量设备的特点,以大气球面分层模型为基础,提出了基于测角交汇的大气折射修正方法。进行了仿真模拟和无人机飞行实验,结果表明,相比标准方法,该方法计算速度更快、修正精度更高。

在目标成像过程中,受红外光学成像系统衍射、大气扰动等因素的影响,目标能量弥散,图像边缘模糊。传统的基于阈值分割的方法获取的几何成像区域目标像素数误差大,制约了小目标辐射强度的测量精度。针对在像平面投影形状为矩形的目标,提出一种几何成像区域像素数测量方法。首先建立目标成像模型,并将成像模型简化至水平和垂直两个方向;然后分别构建目标尺度特征鉴别曲线;最后从特征曲线中提取目标边长几何成像像素数,从而得到了几何成像区域目标像素数。仿真和外场实验验证了所提方法的有效性。

针对现有红外系统作用距离模型影响因素考虑较少、难以准确评估系统探测能力及目标红外隐身效果的问题，开展空基红外系统作用距离建模及应用案例分析。分析典型红外系统作用距离的 影响因素，定义大气光谱透过率与作用距离的隐函数，基于大气垂直高度层上温度差异明晰光谱辐射强度分布模型，考虑目标红外光谱辐射线型特征推导大气透过率加权修正系数，进而构建了综合 目标光谱辐射特性、大气温度和红外系统高度等多种因素的空基红外系统对点目标作用距离模型。基于该模型，对不同类型空基红外系统的探测能力及不同类型目标的红外隐身性能进行了比较和分 析。结果表明，对于导弹、飞机类目标，采用大口径、长波段系统设计有利于提升空基红外系统对目标迎头方向探测能力，大口径中波红外系统对目标尾后方向探测能力更强；小尺寸、低表面发射 率、低速飞行目标的红外隐身及突防能力更好，目标在平流层飞行时隐身性能要优于对流层和中间层飞行目标。

提出了一种适用于空中扩展目标和小目标红外辐射强度计算的通用模型,该模型消除了对环境温度依赖较大的背景偏置的影响,可有效提升外场复杂多变环境条件下航空目标红外辐射特性测量结果的精度。结合某型航空目标动态红外特性测试数据,探讨了小目标红外辐射强度的计算问题,结果表明:对于中波红外小目标,大气表观辐射强度对总辐射强度的贡献可以忽略,可以采用简化模型计算总辐射强度,但对于长波小目标红外辐射,简化模型不再适用。对红外小目标和扩展目标的外场动态测试数据分别进行了处理,并与理论结果作比对验证,结果验证了模型的正确性。

利用大量外场实验数据,研究了红外测量系统输出灰度及定标背景偏置随环境温度的变化规律,分析了背景偏置变化对面目标辐射测量精度的影响。在此基础上,提出了一种基于背景偏置对消的面目标辐亮度计算新方法。该方法消除了对环境温度依赖较大的背景偏置项的影响,可有效提高动态目标红外辐射特性的测量精度。采用传统方法和新方法对某型飞机的动态特性测试数据进行了处理和比较,结果验证了新方法的有效性。

从理论上建立了目标红外特性动态测试数据与目标作用距离计算的关联模型，并给出了基于测试数据预测作用距离的一般性方法。作为应用，依托外场地基大口径红外测量系统对某型目标的红外辐射特性进行了动态测试，获得了目标迎头和尾后两个方向上的红外辐射特性以及传输路径上的大气透过率数据，预测了不同口径红外系统的作用距离并对计算结果进行了分析。本文方法为基于目标真实测试数据的作用距离预测研究提供了思路。