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杂散光,是指到达探测器的无益光线。杂散光的存在会降低探测信噪比,影响整个光学系统的目标检测能力。因此在探测器感光元件一定的情况下,对系统杂散光的抑制能力就成为提高系统探测能力的关键因素。在可见光范围内,光学系统只对光线起到“引导”作用,自身不产生新的杂散光;而红外光学系统在对入射杂散光进行遮挡、吸收的同时,本身也产生红外辐射。因此,红外系统杂散光的分析和抑制更为复杂。 新一代高灵敏度红外成像探测制导系统所面临的环境是大气层外(100公里高度以上)的低冷背景,通过比较精确的计算表明,背景等效温度约为3.5K,其在探测器上的照度基本可以忽略不计,这就为实现高灵敏度红外探测制导创造了条件。在半实物仿真实验中,我们需要模拟这种低冷环境,对于参与仿真试验的高灵敏红外探测系统而言,红外目标模拟器在提供了无限远红外目标的同时,其光学系统自身会产生红外辐射,抬高背景限。解决这个问题关键首先是要快速精确计算光学系统自辐射杂散光的能量大小及分布,这样才能做到有的放矢,尽可能削弱它带来的影响。 本课题就是在这样的背景下提出的,试图找到一种能够定量分析、快速计算系统自辐射杂散光的方法,主要作了以下几个方面的研究工作: 1.对自辐射杂散光的能量来源和传输过程进行了分析,发现反射和折射为主要因素;散射、衍射等为次要因素。因此决定用连续确定性的方法对自辐射杂散光进行研究。用辐射照度分布的形式对结果进行评价。 2.建立了自辐射杂散光分析的数学模型。用几何光学的方法,通过视场内定向微分、连续光线追迹运算,得到光线与探测器面的交点坐标。通过能量计数矩阵输出最终的能量分布情况。 3.研制了红外成像光学系统自辐射杂散分析软件。基于辐射能通量、光谱辐射功率的基本概念与相关理论,提出了自辐射杂散光分析中辐射源取样和入瞳取样的具体方案,给出了余弦辐射体情况下光线能量因子初始值的计算方法,给出光路计算的公式,在MATLAB中完成了软件各模块的编制。 4.对一个红外目标模拟系统进行了自辐射杂散光计算。分析了系统中每个光学元件不同条件下在探测器面上杂散光的辐照度数值和分布状态,根据红外系统灵敏度的要求,得到假设条件下杂散光与灵敏度比值为11.8%。分析了各个参数对杂散光的影响。