祿曉飛，諶廷政

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高速飛行器多站紅外輻射測(cè)量數(shù)據(jù)不一致性分析及解決方案

祿曉飛，諶廷政

（酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，甘肅 酒泉 732750）

高速飛行器在大氣層內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間飛行，與空氣摩擦生成幾千度高溫，研究其紅外輻射及熱防護(hù)效果是當(dāng)前的熱點(diǎn)。然而用多臺(tái)地基紅外輻射測(cè)量設(shè)備測(cè)量飛行目標(biāo)時(shí)，各紅外輻射測(cè)量設(shè)備多波段的結(jié)果有著較大差異。首先分析了高速飛行目標(biāo)紅外輻射成像的特點(diǎn)，指出測(cè)量結(jié)果存在不一致性的原因，主要有飛行目標(biāo)的方向效應(yīng)、紅外設(shè)備本身的濾波效應(yīng)。然后提出了解決同設(shè)備不同波段處理結(jié)果不一致的方案，包括標(biāo)定數(shù)據(jù)處理、壞像元剔除、雜散能量和反射的星體輻射能量抵消。最后又提出了多站紅外輻射測(cè)量設(shè)備處理結(jié)果不一致性分析方案，以及外場(chǎng)試驗(yàn)方案。

紅外測(cè)量；數(shù)據(jù)不一致性；高速飛行器

0 引言

目前高速飛行器已成為國(guó)防力量的重要組成部分，對(duì)其進(jìn)行紅外輻射測(cè)溫，一方面可考核其熱防護(hù)設(shè)計(jì)指標(biāo)；一方面通過其輻射能量考核突破防御體系的能力。例如美國(guó)高超聲速飛行器研發(fā)過程中遇到的一大技術(shù)難題叫“熱障”，飛行器高速飛行時(shí)，與空氣高速摩擦，其周圍空氣溫度急劇升高（達(dá)幾千攝氏度），形成嚴(yán)酷的氣動(dòng)加熱環(huán)境，使一般飛行器結(jié)構(gòu)無(wú)法承受而造成破壞[1]。

現(xiàn)有紅外輻射特性測(cè)量設(shè)備大都為地基設(shè)備，測(cè)量條件和測(cè)量精度受大氣環(huán)境、背景因素影響大，在實(shí)驗(yàn)中雖然獲取了大量數(shù)據(jù)，但事后處理中發(fā)現(xiàn)，反演的輻射特征參數(shù)與理論推算結(jié)果差異較大，且同一時(shí)刻不同站點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果也有很大差異，測(cè)量數(shù)據(jù)難以反映飛行目標(biāo)的真實(shí)特性。究其原因，主要是處理模型、處理方法等問題[2-9]。

1 紅外測(cè)量數(shù)據(jù)不一致原因分析

1.1 設(shè)備接收能量成分分析

目前紅外輻射測(cè)量設(shè)備大多為地基設(shè)備，在執(zhí)行動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)，焦平面探測(cè)器除了接收高速飛行器自身輻射能量t外，不可避免的還要接收來自環(huán)境的雜散能量，雜散能量包括4部分：大氣程輻射a、被目標(biāo)反射的星體輻射p、紅外設(shè)備自身熱噪聲o、地面物體輻射e。再考慮到大氣的衰減作用，設(shè)備接收能量為：

＝1t＋a＋2p＋e＋o(1)

式中：1為大氣對(duì)飛行目標(biāo)紅外輻射能量的衰減；2是大氣對(duì)星體輻射反射能量的衰減[10]。

1.2 飛行目標(biāo)輻射方向效應(yīng)

飛行目標(biāo)為體目標(biāo)，各部分的溫度是不同的。例如飛機(jī)，其發(fā)動(dòng)機(jī)處的溫度最高，外表蒙皮溫度相對(duì)來講較低。再比如高速再入大氣層的飛行器，其表面與大氣摩擦，產(chǎn)生大量熱量，造成目標(biāo)溫度急劇升高。在這個(gè)過程中，發(fā)生非常復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，形成復(fù)雜的再入物理現(xiàn)象?？諝猱a(chǎn)生激波、電離，目標(biāo)產(chǎn)生燒蝕，燒蝕產(chǎn)物與被加熱、電離的空氣形成尾流等等，擾流、尾流各處的溫度也是不同的，其中激波駐點(diǎn)的溫度最高。

因此，飛行目標(biāo)的輻射能量與輻射方向相關(guān)。例如從飛機(jī)尾部進(jìn)行測(cè)量，其輻射能量要遠(yuǎn)大于從頭部進(jìn)行測(cè)量。

為獲取高速飛行的高精度軌跡，各紅外輻射測(cè)量設(shè)備一般布設(shè)在其飛行軌跡星下點(diǎn)的兩側(cè)，這就使得各紅外輻射測(cè)量設(shè)備往往從不同角度去觀測(cè)飛行目標(biāo)，因此其測(cè)量源本身是不同的。

1.3 紅外設(shè)備濾波效應(yīng)

由于大氣的窗口效應(yīng)，紅外設(shè)備一般工作在短波（1～3mm）、中波（3～5mm）和長(zhǎng)波（8～12mm）3個(gè)頻帶上。具體截止波長(zhǎng)各設(shè)備是不同的，這與紅外設(shè)備的工藝及選用的焦平面探測(cè)器型號(hào)相關(guān)。而且在相同波長(zhǎng)上設(shè)備的響應(yīng)也不同。

另外，紅外設(shè)備在進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)，要選擇工作模式，這包括兩項(xiàng)內(nèi)容：積分時(shí)間、衰減片檔位。當(dāng)飛行目標(biāo)在百毫秒量級(jí)內(nèi)的輻射能量平穩(wěn)變化時(shí)，積分時(shí)間的影響可看作是線性的；衰減片對(duì)設(shè)備頻帶內(nèi)各波長(zhǎng)的衰減是不同的，是典型的非線性影響。這樣，即使各設(shè)備從相同視向測(cè)量飛行目標(biāo)，由于上述原因，反演出的輻射強(qiáng)度也會(huì)有差別。

1.4 亮溫計(jì)算模型不適用于高速飛行目標(biāo)

亮溫計(jì)算模型是通過紅外設(shè)備輸出的灰度反演目標(biāo)亮度，進(jìn)而根據(jù)輻射理論使用目標(biāo)本身的發(fā)射率計(jì)算溫度，由于是通過輻射亮度計(jì)算得到的，這種溫度稱為亮溫。

對(duì)于遠(yuǎn)程高速飛行目標(biāo)來講，通常計(jì)算目標(biāo)亮溫的方法無(wú)法計(jì)算出準(zhǔn)確的亮溫，目標(biāo)的能量被分散，紅外成像無(wú)法反映目標(biāo)真實(shí)大小。這主要由3種因素造成：①光學(xué)系統(tǒng)本身模糊成像；②飛行目標(biāo)與紅外輻射測(cè)量設(shè)備的相對(duì)運(yùn)動(dòng)（又稱為目標(biāo)拖尾，如圖1所示）；③大氣抖動(dòng)。

圖1 高速飛行目標(biāo)成像的拖尾現(xiàn)象

在對(duì)高速再入紅外輻射特性的測(cè)量中，設(shè)備拍攝到的目標(biāo)像從幾十到幾百個(gè)像元不等。而從純光學(xué)成像的角度考慮，目標(biāo)的成像大小小于一個(gè)像元。這說明設(shè)備測(cè)量到的內(nèi)容不僅僅是飛行目標(biāo)的輻射，還包含有太多復(fù)雜的成分。

2 同設(shè)備不同波段不一致解決方案

同一設(shè)備不同波段的紅外輻射測(cè)量具有如下特性：除了測(cè)量波段和工作模式不同外，其測(cè)量環(huán)境是相同的。由于測(cè)量波段不同，輻射強(qiáng)度、亮度并不能作為比較的依據(jù)，只有將各波段測(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)換成溫度才能進(jìn)行比較。紅外設(shè)備與飛行目標(biāo)相距較遠(yuǎn)，目標(biāo)成像模糊；而且飛行目標(biāo)各處的溫度不同，有些相差還較大，因此無(wú)法精確地對(duì)目標(biāo)某一部位多波段測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較，只能對(duì)平均輻射溫度進(jìn)行比較。

2.1 標(biāo)定數(shù)據(jù)處理技術(shù)

紅外標(biāo)定數(shù)據(jù)處理是紅外輻射特性數(shù)據(jù)反演的關(guān)鍵，目前通常采用實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定方式，然后用實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定參數(shù)處理近距離視在靜態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)。然而對(duì)于外場(chǎng)試驗(yàn)來講，實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定數(shù)據(jù)處理方式并不適用，這是由兩方面造成的：1）外場(chǎng)拍攝目標(biāo)為高速飛行器，背景為天空，紅外輻射測(cè)量受到太陽(yáng)、地面輻射、大氣的影響，環(huán)境十分復(fù)雜，與實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定環(huán)境大不相同；2）外場(chǎng)紅外輻射測(cè)量設(shè)備大多為機(jī)動(dòng)設(shè)備，經(jīng)緯儀方艙較小，一般無(wú)法采用實(shí)驗(yàn)室適用的平行光管標(biāo)定方式；外場(chǎng)固定式紅外輻射測(cè)量設(shè)備可采用通用的平行光管標(biāo)定方式，然而實(shí)驗(yàn)室的工作環(huán)境是可以精確控制的，外場(chǎng)平行光管的工作環(huán)境很難精確控制。這就要求研究以下內(nèi)容：

①分析標(biāo)定方法的光路，即從黑體到探測(cè)器的能量傳遞過程，同時(shí)考慮標(biāo)定試驗(yàn)的熱環(huán)境，建立黑體亮度和紅外系統(tǒng)輸出灰度的數(shù)學(xué)關(guān)系；

②分析標(biāo)定過程環(huán)境和飛行環(huán)境能量構(gòu)成；

③標(biāo)定參數(shù)的物理意義。

進(jìn)而解決如何把外場(chǎng)標(biāo)定數(shù)據(jù)處理結(jié)果應(yīng)用于飛行試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)中。

2.2 壞像元剔除及熱噪聲統(tǒng)計(jì)分析

由于紅外探測(cè)器的各個(gè)像元輸出具有非均勻性，在標(biāo)定時(shí)為每個(gè)像元建立定標(biāo)關(guān)系，在執(zhí)行紅外特征反演時(shí)將目標(biāo)按像素進(jìn)行處理。部分探測(cè)器器件，壞像元較多，且有連通。當(dāng)目標(biāo)較小時(shí)，若成像在連通壞像元處，會(huì)造成計(jì)算結(jié)果較大誤差，因此需要在標(biāo)定時(shí)建立壞像元判斷準(zhǔn)則，標(biāo)識(shí)出圖像壞像元位置。在處理測(cè)量圖像時(shí)，用壞像元附近像元的灰度及標(biāo)定參數(shù)對(duì)壞像元進(jìn)行估計(jì)，并作為飛行目標(biāo)的輸出。

熱噪聲是設(shè)備和焦平面探測(cè)電路的固有輸出，具體含義為：當(dāng)外界沒有能量輸入時(shí)，紅外設(shè)備的輸出。通過數(shù)據(jù)分析，對(duì)熱噪聲進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，將其作為誤差來源，進(jìn)行精度估計(jì)。

2.3 雜散能量抵消技術(shù)

由于飛行動(dòng)態(tài)測(cè)量熱環(huán)境和外場(chǎng)標(biāo)定熱環(huán)境是不同的，大氣程輻射a、地面物體輻射e這些雜散能量無(wú)法通過標(biāo)定進(jìn)行計(jì)算。

大氣程輻射a指紅外設(shè)備和飛行目標(biāo)之間的大氣輻射，目前通過大氣透過率軟件進(jìn)行計(jì)算。但通過實(shí)際驗(yàn)證，其計(jì)算精度不高；而且地面物體熱輻射無(wú)法直接測(cè)量。

因此需要通過背景抵消技術(shù)從飛行目標(biāo)中扣除這部分能量。對(duì)于高速飛行目標(biāo)紅外測(cè)量圖像，目標(biāo)成像面積一般較小，可把紅外測(cè)量圖像分為背景區(qū)域（B）和目標(biāo)區(qū)域（A）。根據(jù)上述分析，紅外圖像上飛行目標(biāo)區(qū)域的能量除了飛行器本身熱輻射，還包括大氣程輻射、紅外測(cè)量設(shè)備本身熱輻射，地面雜散輻射等，這些雜散輻射也在背景區(qū)域中體現(xiàn)，因此為了計(jì)算高精度的目標(biāo)紅外輻射強(qiáng)度，需要利用背景區(qū)域的灰度把雜散輻射從目標(biāo)灰度中扣除。

1）單幀圖像背景抵消

由于目標(biāo)距離紅外輻射測(cè)量設(shè)備較遠(yuǎn)，目標(biāo)區(qū)域占整幅圖像的比例較小，而且天空背景輻射并不均勻，因此在進(jìn)行飛行目標(biāo)提取之后，選擇緊鄰飛行目標(biāo)的像元當(dāng)作背景。令M(,)表示動(dòng)態(tài)跟蹤測(cè)量圖像(,)處的灰度，記(,)為紅外系統(tǒng)(,)像元的響應(yīng)度。

對(duì)目標(biāo)像元(y,x)，?，其灰度為：

M(y,x)＝[1(y,x)＋2(y,x)](y,x)＋(y,x) (2)

式中：1(y,x)表示目標(biāo)在像元(y,x)上的輻照度；2(y,x)表示背景能量（大氣程輻射、環(huán)境雜散）在像元(y,x)上的輻照度；(y,x)表示像元(y,x)產(chǎn)生的固定輸出。

對(duì)背景像元(y,x)，?，其灰度為：

M(y,x)＝2(y,x)(y,x)＋(y,x) (3)

由于選擇目標(biāo)近鄰的像元作為背景像元，可認(rèn)為在像元(y,x)和(y,x)上背景輻照度是相等的，即2(y,x)＝2(y,x)。選擇多個(gè)背景像素，計(jì)算平均背景輻照度：

目標(biāo)輻照度：

2）額外背景圖像抵消方法

標(biāo)定環(huán)境和外場(chǎng)動(dòng)態(tài)跟蹤測(cè)量環(huán)境是不同的，這樣通過標(biāo)定計(jì)算得到的參數(shù)(,)并不能直接應(yīng)用到動(dòng)態(tài)跟蹤測(cè)量圖像中，即通過式(5)計(jì)算的目標(biāo)輻照度具有一定的誤差。因此，本節(jié)提出了一種利用外場(chǎng)跟蹤測(cè)量前的背景圖像進(jìn)行背景抵消的方法。

在動(dòng)態(tài)跟蹤測(cè)量之前，拍攝天空紅外圖像作為背景圖像，令0(,)表示背景圖像(,)處的灰度，跟蹤測(cè)量圖像灰度仍記為M(,)。

1）目標(biāo)像元

對(duì)于屬于目標(biāo)的像元(y,x)，?，在背景圖像和跟蹤測(cè)量圖像中的輸出為：

0(y,x)＝2(y,x)(y,x)＋(y,x) (6)

M(y,x)＝(y,x)＋[2(y,x)＋D2(y,x)＋

1(y,x)](y,x) (7)

式中：D2(y,x)表示跟蹤測(cè)量圖像相對(duì)于背景圖像背景能量的變化量。且(y,x)是跟蹤測(cè)量時(shí)的固定輸出，與通過標(biāo)定參數(shù)計(jì)算得到固定輸出是不同的，通過式(7)－式(6)可把(y,x)扣除：

M(y,x)－0(y,x)＝[D2(y,x)＋1(y,x)](y,x) (8)

(y,x)處飛行目標(biāo)的能量1(y,x)為：

2）背景像元

對(duì)于屬于背景的像元(y,x)，?，，在背景圖像和跟蹤測(cè)量圖像中的輸出為：

M(y,x)＝(y,x)＋[2(y,x)＋D2(y,x)](y,x) (10)

0(y,x)＝2(y,x)(y,x)＋(y,x) (11)

式(10)－式(11)，可得：

M(y,x)－0(y,x)＝D2(y,x)(y,x) (12)

通過(12)可計(jì)算(y,x)處背景能量的變化量：

由于選擇目標(biāo)近鄰的像元作為背景像元，可認(rèn)為在像元(y,x)和(y,x)上背景輻照度的增量是相等的，即D2(y,x)＝D2(y,x)。選擇多個(gè)背景像素，計(jì)算平均背景輻照度增量：

把式(14)帶入到式(9)中，計(jì)算目標(biāo)輻照度：

2.4 星體輻射反射能量計(jì)算

被飛行目標(biāo)反射的星體輻射p主要來源于兩部分：太陽(yáng)輻射和地球輻射，為精確計(jì)算經(jīng)飛行目標(biāo)反射的能量，除了要計(jì)算太陽(yáng)、地球的輻射能量外，還要已知飛行目標(biāo)的雙向反射分布函數(shù)（BRDF），其表示了不同入射角條件下物體表面在任意觀測(cè)角的反射特性，是光輻射的反射輻亮度和入射輻照度的比值，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中：i，i為入射光的入射角和方位角；r，r為反射光的反射角和方位角；r是面元d經(jīng)照射后在r，r方向上的輻射亮度；i是i，i方向上入射光產(chǎn)生的表面輻射度。通過對(duì)飛行目標(biāo)表面積、測(cè)量設(shè)備接收頻帶積分可得到測(cè)量設(shè)備接收的反射能量：

式中：為目標(biāo)微面元d的法線與太陽(yáng)光方向的夾角；￠為目標(biāo)微面元d的法線與地球及大氣反射的太陽(yáng)光夾角；為目標(biāo)微面元d的法線與測(cè)量方向的夾角；sun()為對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)太陽(yáng)光譜輻照度；1為飛行目標(biāo)面元d相對(duì)于太陽(yáng)的雙向反射分布函數(shù)；2為飛行目標(biāo)面元d相對(duì)于地球的雙向反射分布函數(shù)；為地球及其大氣系統(tǒng)對(duì)太陽(yáng)光的反照率；為太陽(yáng)與飛行目標(biāo)的距離。

對(duì)于白天中段大氣層外的目標(biāo)，太陽(yáng)輻射是主要的加熱方式，飛行目標(biāo)很快達(dá)到較低的平衡溫度，星體反射能量不能忽略不計(jì)，而且大氣層外飛行目標(biāo)仍能保持外形，可用雙向反射分布函數(shù)計(jì)算反射的能量。由于飛行目標(biāo)再入時(shí)，外形及摩擦使得雙向反射分布函數(shù)不再適用，但由于再入段最主要紅外輻射來自于氣動(dòng)加熱，反射能量可忽略。

2.5 飛行目標(biāo)輻射溫度反演技術(shù)

由于光學(xué)系統(tǒng)本身模糊成像、飛行目標(biāo)與紅外輻射測(cè)量設(shè)備的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和大氣抖動(dòng)使得目標(biāo)的能量被分散，紅外成像無(wú)法反映目標(biāo)真實(shí)大小，因此可采用以下方法計(jì)算飛行目標(biāo)的平均輻射溫度：

1）獲取目標(biāo)的姿態(tài)角，通過太陽(yáng)位置、飛行目標(biāo)的雙向反射分布函數(shù)及表面形式計(jì)算目標(biāo)反射亮度r。

2）提取目標(biāo)，計(jì)算目標(biāo)輻射亮度。得到目標(biāo)的像素序列，像素?cái)?shù)目為，根據(jù)公式(18)計(jì)算目標(biāo)的輻射亮度：

式中：DN為第個(gè)像素的響應(yīng)；K和B是第個(gè)像素的標(biāo)定參數(shù)。

3）計(jì)算背景輻射亮度

4）計(jì)算目標(biāo)輻射強(qiáng)度

令表示紅外輻射測(cè)量設(shè)備與飛行目標(biāo)的距離，由下式計(jì)算目標(biāo)輻射強(qiáng)度：

5）計(jì)算目標(biāo)輻射亮度

令fly表示飛行目標(biāo)對(duì)于紅外設(shè)備的視在面積，由下式計(jì)算目標(biāo)等效黑體輻射亮度：

BB＝fly/(fly) (21)

扣除飛行目標(biāo)反射亮度r，得到飛行目標(biāo)自身輻射亮度＝BB－r：

＝fly/(fly)－r(22)

6）根據(jù)等效黑體輻射亮度尋找溫度。

2.6 地面靜態(tài)試驗(yàn)對(duì)比分析

因此在知道目標(biāo)輻射源的溫度、發(fā)射率等條件下，可以通過對(duì)輻射理論的深入研究，建立同一設(shè)備不同波段間數(shù)據(jù)比對(duì)分析模型。

3 不同設(shè)備同一波段測(cè)量不一致解決方案

不同設(shè)備同一波段的紅外輻射測(cè)量則相對(duì)復(fù)雜，除了波段相同以外，其他的外部測(cè)量影響因素均不相同。所以在理論建模時(shí)，需要考慮到目標(biāo)的形狀、姿態(tài)、環(huán)境以及處理方法等多種因素。

3.1 處理方法統(tǒng)一化

不同的紅外輻射測(cè)量設(shè)備來自不同研制單位，標(biāo)定數(shù)據(jù)處理方法和動(dòng)態(tài)測(cè)量圖像處理方法均不同，甚至處理結(jié)果的量綱也不都相同。因此為使得處理結(jié)果有可比性，需要統(tǒng)一多種紅外設(shè)備的處理方法。而對(duì)于紅外輻射測(cè)量設(shè)備來說，其測(cè)量結(jié)果為不同類型參數(shù)，之間的數(shù)據(jù)一致性分析需要建立統(tǒng)一的量綱。

3.2 多設(shè)備測(cè)量結(jié)果不一致統(tǒng)計(jì)分析

為消除飛行目標(biāo)輻射能量的方向性，對(duì)不同設(shè)備的不一致性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，需要把外場(chǎng)活動(dòng)紅外測(cè)量設(shè)備布設(shè)在固定設(shè)備處，用相同視向角對(duì)飛行目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，消除飛行目標(biāo)輻射方向性的影響。

3.3 多設(shè)備不同站址不一致性統(tǒng)計(jì)分析

由于飛行目標(biāo)輻射的方向性，在開展多臺(tái)設(shè)備紅外輻射測(cè)量數(shù)據(jù)一致性分析時(shí)，要計(jì)算測(cè)量設(shè)備與飛行目標(biāo)軸線的視向角，建立時(shí)間、視向角、輻射強(qiáng)度的關(guān)系，即＝(,)?？筛鶕?jù)遙測(cè)數(shù)據(jù)獲取彈頭目標(biāo)的姿態(tài)，從中計(jì)算出目標(biāo)矢量，聯(lián)合紅外設(shè)備方位角和俯仰角計(jì)算視向角。與此同時(shí)，預(yù)先測(cè)量目標(biāo)的輻射量或者對(duì)其進(jìn)行理論計(jì)算，找出實(shí)際動(dòng)態(tài)測(cè)量中保持平穩(wěn)的時(shí)段，用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析，對(duì)不一致性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

4 外場(chǎng)試驗(yàn)

為進(jìn)行驗(yàn)證，可考慮3種類型外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)：

1）一是不同溫度的同一熱源的多設(shè)備遠(yuǎn)距離靜態(tài)標(biāo)校實(shí)驗(yàn)。

2）二是測(cè)量飛行試驗(yàn)主動(dòng)段尾焰輻射。飛行主動(dòng)段，尾焰成像大，且其溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)動(dòng)靜態(tài)差異小，可作為參考對(duì)象，驗(yàn)證紅外輻射測(cè)量設(shè)備測(cè)量數(shù)據(jù)的不一致性[11]。

3）三是測(cè)量天體輻射。根據(jù)各輻射測(cè)量?jī)x器性能和波段特性，選擇同一天體（例如月球）進(jìn)行輻射測(cè)量，對(duì)其測(cè)量結(jié)果進(jìn)行不一致性比對(duì)分析。針對(duì)不同紅外輻射特性測(cè)量設(shè)備一致性修正問題，開展多設(shè)備聯(lián)合跟星或跟蹤同一目標(biāo)實(shí)驗(yàn)。通過同場(chǎng)地觀測(cè)實(shí)驗(yàn)、異地觀測(cè)實(shí)驗(yàn)、不同角度觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，摸索差異形成的主要因素，驗(yàn)證相關(guān)修正模型。

而對(duì)于飛行主動(dòng)段，尾焰輻射面積大，有較準(zhǔn)確的溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)。尾焰輻射可作為標(biāo)準(zhǔn)來驗(yàn)證測(cè)量數(shù)據(jù)。通過近距離布站，可以獲取清晰的目標(biāo)像。開展多臺(tái)紅外輻射測(cè)量設(shè)備主動(dòng)段跟蹤測(cè)量實(shí)驗(yàn)，測(cè)量飛行主動(dòng)段本體及尾焰輻射，可以獲取滿足多設(shè)備紅外輻射測(cè)量數(shù)據(jù)一致性分析條件的測(cè)量數(shù)據(jù)。再對(duì)獲取的多設(shè)備紅外輻射測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性分析。

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Method of Analyzing and Solving Inconsistency of Infrared Data Measured by Devices at Different Locations for High-speed Aircraft

LU Xiao-fei，SHEN Ting-zheng

(,732750,)

The high-speed aircraft flies in atmosphere for a long time and the friction between aircraft and air makes huge thermal energy. Measuring the infrared energy of high-speed flying aircraft to verify the design of heat protection system is the hot topic. Generally many infrared optic systems at different locations are applied to measure infrared energy of the same flying aircraft, but the results of these infrared optic systems are not consistent. This paper firstly analyzes the characteristics of high-speed flying targets imaging, then points out the reasons which make the inconsistent results, such as infrared energy of targets is relevant with the direction of infrared emission and the optical system can only receive infrared energy within specific bandwidth. Then the methods dealing with inconsistent results of different bands of one infrared optical system are proposed, which includes computing calibration data, finding dead pixels, delimiting stray energy of background and reflected energy of sun and earth by the aircraft. Finally, the methods of analyzing the inconsistent results of different infrared systems and field experiments for verification are proposed.

infrared measurement，inconsistency of data，high-speed aircraft

O434.31-34

A

1001-8891(2015)05-0435-06

2014-12-04；

2015-02-10.

祿曉飛（1981-），男，博士，工程師，主要從事紅外輻射測(cè)量、紅外圖像、紅外設(shè)備等方面的研究工作。E-mail：luxf08@163.com。