雨天中波红外探测距离指标分析

李宏刚 陈晓

摘 要 红外探测器广泛应用于试飞测量中，但是红外受到降雨的影响也比较突出，对雨天中波红外探测距离指标的分析关系到使用范围的大小。

关键词 红外探测器;距离模型;使用范围

1 红外探测器作用距离数学模型

红外成像系统作用距离可以依据约翰逊法则来进行计算，假定在某一距离，接收的目标辐射能量刚好能达到预期的使用效果，则这个距离称为探测系统的最大作用距离，也就是探测目标的最大距离。

当目标进入红外系统入瞳中心的张角小于系统探测器的瞬时视场角时，即目标在探测器上的成像理论上小于一个像素时，但由于大气散射和光学系统影响，目标通常在10个像元左右，即

大小。假设经过衰减后的目标辐射亮度为，辐射面积为，经过衰减后的均匀背景的辐射亮度为，背景面积为;红外光学系统的入瞳面积为，目标到探测器的有效距离为，如图16所示：

图16 均匀背景下小目标辐射的关系

红外成像系统作用距离的数学模型如下式所示：

其中，R为目标到系统的作用距离，m;为信号提取因子;为目标的有效辐射面积，cm2;为目标的辐射亮度，

;为目标在焦平面上所占的像元数：

为背景辐射亮度，

;为光学系统入瞳面积，m2;为大气透过率;为工作时光学系统的透过率;为探测器单个像元面积，cm2;为工作时的积分时间，s;为波段有效探测度，cmHz1/2/W;SNR为探测器输出的、可探则的最低信噪比[1]。

2 雨雪气象天气对探测距离的影响

2.1 大气透射率

雨雪天气对红外探测距离的主要影响体现在对大气透过率的影响上。

光波在大气中的传播有明显的衰减过程，大气对飞机目标红外辐射的衰减主要来自于大气气体分子（H2O、CO2等）的吸收衰减、气溶胶粒子的散射衰减以及雾雨雪等气象因素引起的衰减。

温度为T、相对湿度为r、降雨强度为Jr 、降雪强度为Js的气象条件下，红外辐射在倾斜路程（距离为S、仰角为θ、海拔高度为H0）大气透过率τa （λ） 的近似计算公式为：

式中：、 分别为在大气温度为5℃、相对湿度为100% 时水蒸气和二氧化碳的光谱吸收系数;f为温度为T 时饱和空气中的水蒸气质量。因而，在知道大气温度、相对湿度、降雨/雪强度，就可获得距离为S、仰角为θ、海拔高度为 H0的倾斜路程的大气透过率。

2.2 气象衰减

气象（雾、雨、雪）粒子的尺寸通常比红外波长大得多，由米氏理论，其产生的衰减为非选择的辐射散射。雨、雪与其强度相关的散射衰减系数可采用下述经验公式计算：

式中： Jr和Js为与气象条件有关的降雨、降雪强度，单位为 mm/h 。

由雨、雪造成的气象衰减透射率为：

3 下雨对红外探测距离的影响

通常说的小雨、中雨、大雨、暴雨等，一般以日降雨量衡量。其中小雨指日降雨量在10毫米以下;中雨日降雨量为10～25毫米;大雨降雨量为25～50毫米;暴雨降雨量为50～100毫米;大暴雨降雨量为100～250毫米;特大暴雨降雨量在250毫米以上。

通过计算晴天、小雨、中雨、大雨条件下、大气透过率。

在能见度20km，温度25℃，湿度≤60%前提下的晴天、小雨、中雨、大雨，对于3μm～5μm中波波段红外探测器，透过率以及探测距离数值估算如下。

3 结束语

本文通过建立红外探测器作用距离数学模型，计算获得标准光学指标条件下的雨天红外探测距离，此计算结果可以应用于试飞测量环境的分析中。

参考文献

[1] 冯云松，金伟，路远，等.红外探测系统对某型隐身飞机的作用距離分析[J].火力与指挥控制，2014，（1）：153-156.