Системная оценка и оптимизация несканирующих тепловизионных приборов

• Автор: Овсянников, Владимир Александрович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 387 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предислови е :

Введение

1 Прогнозирование тепловых контрастов объектов местности

1.1 Влияние условий наблюдения объектов на их тепловой

контраст

1.2 Методы оценки температурных контрастов объектов

2 Фотоприемные устройства несканирующих тепловизионных приборов

2.1 Сравнительный анализ фотоприемных устройств и тенденции

их развития
2.2 Основные параметры и характеристики матричных
фотоприемников
2.2.1 Фотонные МФП
2.2.2 Тепловые МФП
3 Параметры и эффективность несканирующих тепловизионных
приборов
3.1 Критерии качества тепловизионных приборов
3.2 Общая система описания тепловизионных приборов
3.3 Основные технические параметры и характеристики
тепловизионных приборов
3.3.1 Разность температур, эквивалентная шуму, и эффективное значение элементарного поля зрения ТВП
3.3.2 Температурно-частотная характеристика ТВП
3.3.3 Предельно достижимые значения основных
технических параметров ТВП
3.4 Тепловизионное изображение и его анализ
3.5 Эффективность тепловизионных приборов в статическом
режиме работы
3.5.1 Обнаружение объектов
3.5.2 Распознавание объектов
3.6 Эффективность тепловизионных приборов в динамическом
режиме работы
3.6.1 Эффективность ТВП воздушного базирования
3.6.2 Эффективность ТВП наземного базирования
3.7 Влияние атмосферы на эффективность тепловизионных
приборов
3.7.1 Коэффициенты пропускания атмосферы
3.7.2 Функции передачи модуляции атмосферы

3.8 Эффективность тепловизионных приборов при использовании
поляризационного контраста объектов
4 Комплексирование спектральных каналов
оптико-электронных систем
4.1 Сравнительный анализ эффективности гиперспектральных и многоспектральных оптико-электронных систем
4.2 Методы совместной обработки разноспектральных изображений
4.3 Выбор и сравнительная оценка спектральных рабочих диапазонов
5 Основы оптимального синтеза несканирующих тепловизионных
приборов
5.1 Оптимизация основных технических и конструктивных параметров тепловизионных приборов
5.2 Оптимизация параметров движения носителей тепловизионных приборов
6 Принципы и общие методы аттестации несканирующих
тепловизионных приборов
6.1 Измерение и контроль дальности действия тепловизионных приборов
6.2 Измерение и контроль углового разрешения и разрешения на местности тепловизионных приборов
6.3 Измерение и контроль основных технических параметров тепловизионных приборов
Заключение
Библиографический список
Приложение

ПРЕДИСЛОВИЕ
Появление на рубеже веков высокочувствительных несканирующих, или «смотрящих», тепловизионных приборов (ТВП) последнего, третьего, поколения, использующих фотонные или тепловые матричные фотоприемники (МФП) и имеющих целый ряд специфических особенностей, предопределило необходимость разработки соответствующих методов их анализа и синтеза, ибо, как оказалось, неучет этих особенностей приводил к разительному несоответствию расчетных оценок дальности действия несканирующих ТВП получаемым экспериментально, не позволял в достаточно полной степени реализовать потенциально высокие функциональные возможности аппаратуры и не обеспечивал необходимой полноты и представительности результатов ее испытаний. Однако, несмотря на издание еще в 80-90-х годах многих руководств по физике и технике собственно МФП, до последнего времени в литературе были описаны лишь отдельные попытки формирования адекватных математических моделей несканирующих ТВП, на основе которых можно было бы решать задачи их системного анализа и оптимизации, что, по-видимому, связано с недооценкой широким кругом специалистов значения отмеченных особенностей. Это и другие обстоятельства, связанные с несовершенством теоретической базы современного тепловизионного приборостроения, побудили автора выполнить цикл соответствующих исследований по концептуальному и методологическому обеспечению решения самых разнообразных задач в области прикладного тепловидения, совокупность которых образует предмет системотехники ТВП - количественного анализа и интеграции всех основных факторов, связанных с разработкой сложных человеко-машинных систем, в данном случае несканирующих ТВП. Отмеченные исследования и были положены в основу настоящей диссертации. Работа по ней, однако, не была бы столь результативной без помощи и содействия, в той или иной степени, коллег автора.
В связи с этим считаю своим долгом выразить искренную благодарность д.ф.-м.н. Филиппову В.Л. за постоянное внимание к работе и помощь в решении целого ряда научно-организационных проблем.
Я также признателен за неизменно доброжелательное отношение д.т.н. Белозерову А.Ф. и д.ф.-м.н. Мирумянцу С.О., по настойчивой инициативе которых появилась настоящая диссертация, и генеральному директору НПО «ГИПО» д.т.н. Иванову В.П. за понимание важности и востребованности соответствующих теоретических исследований и поддержку на заключительном этапе работы.

Г 0,5 Го,5приСгРг<
т = « ; п = ]
(Д,15 [0,33при СгРг>
где N11, вг, Рг - числа Нуссельта, Грасгофа и Прандтля;
А,в- теплопроводность воздуха, Вт/м-К;
Рв - температурный коэффициент объемного расширения воздуха, К'1; Рв =1/Тв1* Рг = 0,7 ;
g = 9,8 м/с - ускорение свободного падения;
(. - характерный размер пластины, м, зависящий от ее ориентации:
{.минимальный размер пластины {гориз.) высота пластины (верт.) *
ув- кинематическая вязкость воздуха, м2/с; ав- температуропроводность воздуха, м2/с; рв- плотность воздуха, кг/м3; св— удельная теплоемкость воздуха, Дж/кг-К.
Усредненные значения теплофизических параметров некоторых металлов и теплоизоляционных материалов представлены в табл. 3 [19].
Таблица 3. Теплофизические параметры некоторых материалов
Материал х, Вт м-К кДж С} кг К кг Р,
Алюминий 200 0,92 2670
Сталь 45 0,5 7800
Никель 58 0,46 8600
Чугун 62 0,5 7200
Цинк 110 0,39 7000
Ткань шерстяная 0,05
Дерево 0,2
Полихлорвинил 0,04
Лед 2,2
Снег свежий од
Глина (сухая) 0,45 0,8 1800
Земля (сухая) 0,28 0,84 1300
Песок (сухой) 0,28 0,8 1460
Кирпич 0,75 0,88 1700
Примечание. Для массивов грунтов, пропитанных водой или нефтью, результирующие значения теплофизических параметров могут быть найдены по формулам: