基本介紹
- 中文名：紅外測量吊艙
- 外文名：The infrared measurement pods
- 首個測量吊艙：美國
- 套用學科：航空航天學科
- 測量原理：紅外測量技術
- 吊艙：安裝有機載設備或武器的短艙段
引言,光學視窗的設計,紅外探測器的工作原理,機載紅外測量吊艙視窗溫度測量,
引言
20世紀70年代，美國的第一個測量吊艙問世，相應技術迅速發展。我國也研製出了多種不同類型的吊艙，如可加裝在直升機座艙下的前視紅外吊艙、藍天低空地形跟隨導航吊艙、KZ900電子情報吊艙、雷射瞄準吊艙等，專門用於紅外特性測量的吊艙有16DS-AD直升機吊艙。
紅外測量吊艙是一個通用吊艙系統，除配置電視跟蹤子系統和雷射測距子系統外，還能根據需要更換安裝中波（3~5微米）紅外熱像儀、長波（8~12微米）紅外熱像儀、紅外光譜儀、紅外輻射計，適當擴展後還可以安裝各種制導武器的導引頭。其功能是美國測量軍用目標紅外輻射亮度(或溫度)分布、紅外光譜分布和紅外輻射強度分布的三個超音速吊艙系統的總合，其系統十分複雜，技術含量很高，是我國第一個超音速機載紅外測量吊艙。目前該設備已完成外場30多個架次試飛任務，效果良好。
光學視窗的設計
紅外測量吊艙有三個光學視窗，分別安裝在球檯體前整流罩上，與三種光電探頭對應。圖為吊艙頭部示意圖，圖中最小的視窗為雷射視窗，最大的為紅外視窗，另一個為可見光視窗。其中雷射視窗和可見光視窗採用平板形設計，紅外視窗採用球冠形設計，這是因為紅外視窗面積很大，採用球冠形狀可以使頭部轉動時氣動干擾力矩最小，若採用平板形設計則當頭部做橫滾或俯仰運動時必將帶來很大的干擾力矩;同時紅外視窗在設計時選擇同心球冠狀圓形視窗(球冠球心和球檯體的球心重合)，只要保證熱像儀的光軸通過球檯體的球心，必將使離軸像差最小;此外為了提高紅外視窗外表面膜層抵抗含有塵埃的高速氣流的沖刷能力及透過率，紅外視窗應選用雜質少、透過率均勻、本徵透過率高(6000)的CPV硫化鋅材料，在紅外視窗內、外表面各鍍9層高增透膜，並在外表面鍍類金剛石保護膜，以增加機械強度和耐磨性，鍍膜後,全波段範圍內平均透過率≥ 88%、3～ 5μm範圍內透過率≥ 90%、8～ 12μm範圍內透過率≥ 87%。掛飛30個架次證明:紅外視窗氣動性能設計合理、可靠;視窗外表面類金剛石保護膜能承受高速氣流和起飛、著陸時沙塵的衝擊。
吊艙頭部
紅外探測器的工作原理
在紅外測量吊艙系統中使用HgCdTe中波紅外焦平面器件，紅外探測器為二維平面形狀，具有電子掃描功能，被測目標的紅外輻射只需通過簡潔的物鏡，就可以將目標聚焦在底片上曝光成像，這與照相原理相似，被測目標聚集成像在紅外探測器的陣列平面上(焦平面陣列)，其結構如圖1所示。
圖1 紅外焦平面熱像儀原理框圖
HgCdTe紅外CCD輸出視頻信號，經鉗位和放大等預處理後，由A D轉換成14 bits的數字圖像信號，然後由固定圖形噪聲消除，回響率非均勻性校正後存入幀圖像存儲器中。經偽彩色編碼和D A轉換後，在顯示器上顯示。
由以上數據可知，焦平面熱像儀的溫度靈敏度明顯比單元或線列機電掃描熱像儀的高，在200 m距離內可用於飛機蒙皮溫度分布和氣動力流場特性的研究，在600 m距離內可用於飛機發動機狀態的尾焰流場特性的研究。同時紅外測量系統自帶的軟體處理功能強大，可以直接讀出像幅上任何一個點、一條線或一個感興趣區域內的溫度和它的像元數目，該點在平面內所處的坐標位置、最大溫度值、最小溫度值、平均值、均方根值、最大直方圖等。
機載紅外測量吊艙視窗溫度測量
紅外視窗氣動加熱後，視窗的溫度噪聲對紅外導引頭模擬器成像質量的影響很大。地面實驗表明：對同一距離的同一目標，視窗溫度升高過程是紅外熱像儀成像(面目標)質量由清晰變模糊的過程。對近目標觀察,溫度從室溫25℃升到60℃時，清楚的杯子邊緣變得模糊，這是由於折射率變化，視窗曲率半徑變化，影響鏡頭成像位置；視窗溫度升高，影響紅外熱圖的獲取。
視窗溫度升高對8～ 12μm波段成像(面目標)質量的影響比3～ 5μm波段成像質量的影響要大得多。為了消除視窗溫度對目標成像的影響，根據測溫值用圖像處理的方法消除視窗熱噪聲的干擾。這對於目標特性的分析非常重要。紅外視窗溫度測量的實現為準確分析目標的特性提供了必要的實驗數據，同時也為氣動加熱對紅外視窗的影響有了實際的數據記錄。該測溫方法對以後機載設備視窗溫度的測量具有實際的參考價值。
