作者：戴永江
出版社：电子工业出版社
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激光雷达技术(下册)试读：
前言
激光雷达技术涉及激光辐射的基本物理规律、光电测量、辐射的发射、传输、目标特性、检测、信息处理、显示和传输、系统整机工程（含建模及仿真、随动控制、电源及组网）和制造等环节。近年来，实行军民结合，寓军于民的发展策略，开拓了更广泛的应用领域和市场前景，发展成为国防和社会信息化建设的重要组成部分。
60年来，我国的激光雷达和其他事业一样，取得了一定进展和可喜的成果。但是和世界先进水平仍有一定的差距，有些差距甚至相当大。我们还没有像美国麻省理工学院（MIT）的林肯实验室那样高水平的，能主导美国激光雷达等光电技术发展主流的研究中心；没有建立起落户在各个航天中心的激光雷达工程研制及应用的实验室体系、精密的测试和定标系统；没有形成完备的激光雷达相互配套、分工明确的产业链体系。更重要的是在观念、创新能力和掌握核心技术上的差距。要达到世界先进水平，就要求把握激光雷达的未来发展特点，必须勇于进行改革和创新。这些特点是：
1.探测的对象已扩展到外层空间和宇宙、生命科学和分子及原子范围。基础理论、技术科学和工程融合的趋势日益明显。人类在大胆利用激光雷达探索宇宙空间、海洋和地球深部。
2.激光雷达的发展使得在自由空间，对目标信息获取、传输和控制，受激辐射和自发辐射的辐射源的激光雷达，被动和主动接收式的激光雷达，军事和民用的激光雷达等四方面的内在联系越来越密切。
3.人类所获得的目标信息75%来自图像，一幅图像给出的信息、遐想和知识就远远超过文字叙述的内容。想必读者看到本书提供的一些图像，便自有体会。三维图像信息获取和分析日益重要。图像信息内容不仅包括位置、速度、方位、姿态等，而且包括几何形状、表面特性、内部结构、运动和特征量的变化以及生命信息等。三维成像激光雷达逐渐成为发展的主流。
4.激光雷达的信息获取多元化、精细化；信息处理和传输的数字化、多传感器的信息融合和网络化；信息控制的高速化、智能化；探测、通信和控制的一体化的特征日益明显。
5.器件技术、单元技术和系统技术之间，硬件技术和软件技术之间互相渗透、互相结合日益密切，由以分立元件为主，发展为采用矩阵激光辐射源、微光学阵列器件、大规模凝视焦平面阵列探测器和高速微电子处理器相结合的激光雷达。
6.纳米级微尺度的小型化研究、加工和应用成为可能，微机械、微电子和微光子加工工艺逐渐成为研制、生产和应用激光雷达的主流。激光雷达的“五化”——多功能化、微型化、集成化、网络化和智能化成为现实。
7.激光雷达及相关技术的应用领域不仅以军用为主，而且在在线生产、医学和生命科学等领域得到越来越广泛的应用，产生的经济效益也是可观的。激光雷达作为光电雷达传感器重要组成的新兴战略性产业的特征日益明显。激光雷达不仅是卫国利器之一，也是国家发达致富、民族繁荣昌盛、人民幸福安康的重要工具。
8.采用节能、洁净的燃料电池供电的数字化激光雷达等传感器已成为传感器网络和信息网络的关键技术和信息社会的“发动机”、“助推器”，拉动了微电子、微光子、光电子材料和器件、新型功能及其他相关材料和绿色智能激光雷达等传感器制造产业的发展。
世界正在经历一场罕见的金融危机，它同时又孕育着新的科技革命。在科技创新方面抢占经济科技制高点，就能掌握发展的主动权，进入密集创新和产业振兴时代，实现跨越式发展。既不能总跟踪模仿别人，也不能单纯守业，坐等技术转移，必须依靠自己的力量，特别重视基础研究和战略高技术研究，拿出原创成果。
因此，本书的内容和观点，在《激光雷达原理》和《光电雷达原理》两书的基础上，根据激光雷达技术、工程和应用发展的特点，按照雷达技术丛书要求，做了较大补充和改编，以其共性基础知识为基础，贯彻原理、技术、工艺和工程相结合，军用和民用相结合的原则，既介绍武器、工程应用，也介绍工业和医学应用。在叙述上，作者还企图尝试重点突出激光雷达，力图解决激光与红外技术分割的状况，使读者对主动式和被动式、相干式和非相干式的光电雷达有较完整的概念。在内容选取和编排上，既适应高等学校教学和科研的需要，也满足产业化和应用的工程技术人员、三军使用装备的指战员等的需要。
本书以激光雷达的系统工程为干线，强调物理基础，以分立式元器件为基础，充实阵列探测技术，介绍激光雷达的关键器件和技术，也适当介绍激光雷达的其他配套技术、关联技术和知识。力图把握好骨干与分支、通俗与学术、普及与提高的关系，力争能反映学术前沿成果及学科建设和基础理论研究现状。
本书共有18章。除了第1章的概论简介激光雷达的基本概念、发展历史、分类和应用外，鉴于未来的激光雷达发展仍需要较强的物理基础知识，第2章和第3章简单介绍一些物理概念、物理量和物理规律。第4章～第12章分别介绍与激光雷达有关的物理量的测量和定标；激光雷达原理；发射与接收技术；辐射源；探测器；对激光雷达性能有重要影响的目标与背景辐射；激光在大气及介质中的传输特性；激光雷达探测目标时，必需的搜索与跟踪技术；在激光雷达研发和产业化中，有重要作用的建模与仿真等关键技术和核心技术。第13章～第17章介绍三种类型有代表性的基本的激光雷达系统技术；专门介绍成像激光雷达及其未来发展趋势；激光雷达系统设计的相关知识，并以测距跟踪激光雷达为例，介绍了设计流程；激光雷达在天、空、地、海方面的典型应用及其特点；最后，介绍激光雷达信息在自由空间的传输、多传感器网络及数据融合的概念。第18章介绍了激光雷达未来发展的趋势，以及应当注意的几个问题：激光雷达的光电对抗、激光雷达理论的发展、激光雷达与信息化、微型化战争和激光雷达产业化中的科学、技术和工程关系，人类、环境和经济等两个关系，发展激光雷达的保障条件等。其他的关键技术，如光学系统、扫描技术、调制解调和伺服控制等关键技术，就结合有关章节简单介绍了。人类大部分信息是从视觉图像获得的，由于本书涉及激光成像技术，引用的图像较多。为节约篇幅，许多知识就不能介绍了，还需要读者自行从图像中用心理会和获取有关知识。
几十年来，我的老师、同事、学生都曾在工作中给以支持，特别是已经故去的，令人尊敬的教授和院士的教诲，皮名嘉教授和教授的指导和帮助，使我终身受益，令人难忘。我在德国宇航研究院（Deutsche Forschungsund Versuchsanstalt fiir Luft-und Raumfahrt，DFVLR/DLR）与费茨麦耶尔教授、雷曼博士的长期合作研究；与美国、德国、日本、英国等同行的学术交流和讨论，对本书的编写也是有帮助的。
本书涉及学科领域广泛，着重物理概念分析，数学体系较严密。对几种主要的激光雷达做了较详细的介绍。本书可作为大学生、研究生的专业参考书，以及工程和军队技术专业人员的参考书。
我国著名的雷达专家王小谟院士对编写给予了重要的指导，我国著名的雷达对抗专家张锡祥院士、中国航天电子技术研究院胡润卿研究员详细审阅了本书相关章节，提出了宝贵的修改意见，使作者受益匪浅。我的学生在科学研究、产业建设和生活中给以积极支持和关心。本书编写组在海外的博士、硕士和留学人员等对本书的编写，做了自己的工作。在此，对他们表示深深的感谢。
本书作为16本雷达技术丛书的最后一本，在有限的篇幅内，要概括光电辐射波段的有关主动式激光雷达的许多内容，纂写的难度可想而之。本人实属无名之辈，才疏学浅，蒙编委会青睐，胆战心惊受托执笔，时间紧迫，草草成书。书中定有许多谬论和错误，敬请各界读者指教，在此先表感激之情。作 者2010年春节于哈尔滨业学第11章 搜索和跟踪
前面几章讨论了激光雷达的发射和接收技术，讨论了它们的核心元器件、辐射源和探测器，又讨论了目标和背景的光学特性，还讨论了激光信号发射和回波信号传输过程大气环境的影响等关键基础技术。现在讨论涉及激光雷达系统总体的关键技术。
对目标进行测量之前，首先要对可能出现目标的空间进行搜索，并对目标实行有效的跟踪，才能实行精确测量。搜索是发现目标，给出其粗略的运动状态参数，对跟踪目标实行引导。跟踪是锁定和以动态或静态方式始终对准一个或数个目标，获得其高精度的连续数据。因此，搜索和跟踪是一个广泛的物理和工程概念，也是激光雷达不可缺少的组成部分和关键技术之一。11.1 概论11.1.1 地位和作用
搜索与跟踪的主要任务，是在给定的探测空域内，用一定的电磁和光电辐射波束，以一定的探测概率和虚警概率探测所有目标。探测的目标有宇宙深空间的各种辐射源和天体，近地空间大气层外的卫星及碎片，火箭和导弹，大气层内的战术导弹、巡航导弹、飞机等目标。星载、机载和弹载平台的前视或下视搜索和跟踪地面景物及在地面探测各种目标。
搜索与跟踪也可以不需要辐照目标的光源，直接探测被测物自身发射的光电辐射，或自身的非辐射物理量转换成光电辐射量的探测和显示，是一种被动式的接收和显示技术，涉及激光雷达接收技术的共性和基本的基础技术。
搜索和跟踪技术的物理实质是探测目标从亚毫米波到γ射线各波段的辐射，甚至要包括中子流和质子流等。探测目标自身发射辐射的，为被动式搜索和跟踪。探测各种辐射照射到目标上的反射、散射，甚至透射的辐射的，是主动式搜索和跟踪。当辐射是电磁辐射时，便是常说的监视与警戒雷达；是激光辐射时，便是搜索和跟踪激光雷达。本书感兴趣的是可见光及它的波段以外两端的辐射，尤其是激光辐射和热辐射。图11.1说明搜索与跟踪的各种主要技术措施、特点及未来发展趋势。
搜索和跟踪技术的主要测量参数有探测空域，它包括最大探测距离、最小探测距离、最大方位扫描角和俯仰扫描角包围成的空间。其次是探测与跟踪的精度及分辨率。再次，为了了解目标的动态状况还需要一定的数据率。最后要获得目标更多的信息，搜索和跟踪技术往往大量采取成像探测技术，其参数有成像的像素数量、成像的帧频、几何分辨率、灰度分辨率和色彩分辨率等。图11.1 搜索与跟踪的各种主要技术措施、特点及未来发展趋势
搜索与跟踪技术的核心技术除了收发技术外，要保证在搜索空域中，发现和连续跟踪，并不遗漏目标，还有目标的信息种类和信息量多少。这就涉及收发天线技术。本章讨论被动接收的天线技术。
搜索与跟踪技术的基本方法有光学目测、光学经纬仪等传统光学法，光电探测和激光雷达等光电子法，电磁雷达也是重要方法。本书仅限于讨论光电子法。
搜索与跟踪技术发展的主要特点是：（1）被动探测技术仍是搜索与跟踪的主要方式。宇宙间任何物体都有温度，只要温度高于-250℃以上，都会发射热辐射。热辐射探测不会遗漏所探测空间的任何目标。采取非扫描广角望远镜接收光学天线系统，或各种二维扫描轨迹的接收光学系统是它的技术关键。（2）传统的主动式搜索与跟踪技术是对探测空间的光机扫描，技术比较成熟，并发展为电子扫描方式。各种光机扫描技术在激光雷达中仍然广泛采用。（3）由于微光机械电子系统（Micro-Opto-Electro-Mechanical System，MOEMS）技术的发展，出现了非扫描式搜索与跟踪技术。从发射技术考虑可将一束激光通过阵列滤光器、透镜或反射镜等微光学天线扩束和准直，变成多束扩束后的激光束发射出去。它的优点是可以获得较大的探测空间、更多的目标回波信息，也有利于实现成像。但需要和阵列探测器配套进行信号接收。面阵凝视阵列探测器均可以作为搜索与跟踪的接收技术的核心部件。11.1.2 基本内容及特性
1.基本内容
传统的搜索与跟踪技术利用光机扫描，将来自目标的辐射、反射和散射的光电辐射对波长、时间和空间分布的独立变量函数关系，在一定距离内，通过测量接收辐射功率或通量，转变为辐射出射度、强度、亮度、照度等辐射量及其光谱或空间分布的稳态和非稳态时变的动态变化等实现。
搜索与跟踪技术的核心是图11.2所示原理框图中的光学系统、调制器、探测器、前置放大器等部分组成的光电转换敏感器。加上其他功能单元，就是不同波段和功能的搜索与跟踪目标传感器系统。图11.2 目标传感器原理框图
探测器是目标传感器的核心，将来自目标的光电辐射经光学系统集聚的信号转变成电信号。有些低温工作的探测器，还需制冷系统等辅助系统。也可采用非制冷常温探测器。根据不同需要和用途，将探测器后置部分，可以组成千变万化的实用系统和装置、设备。
光学系统采用良好光学性能的材料制成反射式、折射式和折反射式三种光学系统。光学系统把来自广袤空间的目标的光电辐射集聚到探测器上；或用光机扫描，对探测空间扫描，获得点目标信息；也可面目标逐点扫描，收集辐射能，以获得目标精细信息。机内导光光学系统以光谱和空间滤波方式抑制背景干扰。现在用光纤替代传统的导光光学系统，或使光电辐射直接进入探测器。光学调制器将光电辐射调制编码，从背景中提取目标特征信号或空间位置信息。
非成像搜索与跟踪技术将目标看做点辐射源，信号处理和显示记录系统比较简单。成像系统需将来自目标的光电辐射转换成黑白照片和假彩色照片或电视图像，反映目标的光电辐射分布或可视的某种物理量时间和空间分布曲线。
搜索与跟踪系统可以非接触测量，不破坏目标辐射场；结构简单，辅助装置少，测量精度高，标准偏差小于1%，测温可到0.1℃；空间分辨力高，可达μm数量级；响应速度快，可达ms或μs数量级；安全可靠，测量直观，可测范围广，测量距离可远可近，易于自动化等，隐蔽性好和抗干扰能力强等。有体积小、重量轻的微型激光雷达，测温、测辐射系统，巨大的飞往宇宙的红外天文望远镜。与可见光相比，具有透过烟雾能力强，可昼夜工作等特点。缺点是大气影响大，背景干扰较大；有的还要求低温工作。
测温、测辐射和辐射成像系统是基本的搜索和跟踪系统。警戒系统、遥感系统和红外天文望远镜等是它的扩展。它又是主动式激光雷达的基础技术，完成对目标的搜索、跟踪和锁定，为激光雷达的精密测量和跟踪创造条件。二者互相融合越来越密切。
2.基本特性
1）静态特性
静态特性指在输入与时间无关的信号时，系统输出量与输入量之间的关系。可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作为横坐标，把与其对应的输出量作为纵坐标画出特性曲线来描述。表征静态特性的主要参数有线性度、灵敏度、分辨力和迟滞等。
2）动态特性
动态特性指在一定的时间和空间范围内输入发生变化时的输出特性。动态特性常用该输出特性对某一标准，如一定形式黑体辐射信号作为系统输入信号的响应来表示。光电雷达对标准输入信号响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号响应与它对任意输入信号响应之间存在一定关系，往往知道了前者就能推定后者。常用的标准时变输入信号有阶跃信号和正弦信号，动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。
3）线性度
实际静态特性是条曲线而非直线。为使系统读数具有均匀刻度，常用一条拟合直线近似地代表实际特性曲线，线性度（非线性误差）就是近似程度的性能指标。拟合直线选取，如将零输入和满量程输出点相连理论直线作为拟合直线；或将与特性曲线上各点偏差平方和为最小的理论直线作为拟合直线，称为最小二乘法拟合直线。
4）灵敏度
灵敏度是指系统在稳态工作情况下，输出量变化Δy对输入量变化Δx的比值，是输出-输入特性曲线的斜率。若输出和输入之间为线性关系，则灵敏度S是一个常数。灵敏度量纲是输出、输入量量纲单位之比。当输出、输入量量纲相同时，灵敏度为放大倍数。在传感器接收辐射能变化1W时，输出电压变化为20mV，则其灵敏度为20mV·-1W。提高灵敏度，可得到较高的测量精度。但灵敏度越高，测量范围越窄，稳定性往往也越差。
5）分辨力
分辨力是系统感受到被测量最小变化的能力。输入量从某一非零值缓慢地变化，当输入变化值未超过某一数值时，传感器输出不会发生变化，即传感器对此输入量变化是分辨不出来的。只有当输入量变化超过分辨力时，其输出才会发生变化。传感器在满量程范围内各点分辨力并不相同，常用满量程中能使输出量产生阶跃变化的输入量中最大变化值衡量分辨力。用满量程百分比表示分辨率。理论上还可以系统传递函数表示。
6）迟滞特性
迟滞特性表征光电雷达在正向（输入量增大）和反向（输入量减小）行程间输出-输入特性曲线的不一致程度。例如，对辐射强度测量时，通常用这两条曲线之间最大差值ΔI与满量程输出I的百分比maxs表示。迟滞是由系统内部组件和部件存在能量吸收造成的。11.2 搜索与跟踪系统特性11.2.1 基本作用距离方程
各种搜索与跟踪系统能探测多大的距离，应考虑目标、光学系统、探测器和信号处理等因素影响，并考虑系统整体特性，综合平衡表示为基本的辐射作用距离方程。
方程式用四个因子的连乘积表示。
1.目标因子
目标因子［Iτ］是指到达接收光学系统孔径处的回波辐射，是方a程中最复杂的因子。这是因为目标特性本来就很复杂，又是不能控制的外部因素，与目标信息到达系统传输过程的环境有关，许多目标的特性更是事先未知的，有许多不确定因素，所以求解作用距离方程就很麻烦。
系统接收一定波长范围的目标自身辐射和反射、透射能量。辐射强度是波长的函数I（λ），在光电雷达响应波长λ和λ范围内辐射强度12为I（λ）dλ，假设光电雷达在λ和λ范围内光学系统光谱透过率为τ，120在此以外透过率为0，即不透光。在光谱通带内辐射强度以积分值或平均值I表示，则有Idλ=I。λλ
搜索与跟踪系统是非接触式光电雷达，目标信息一般通过大气传输到光电雷达的光学系统入口，或通过光纤到达系统的探测器。大气传输中，大气透过率是波长和距离的复杂函数τ（λ，R）关系。在计a算作用距离时，求解就太复杂了。因此，也需要用通带内平均值τ。a
2.光学系统因子
光学系统因子是一个可控因子，τ是光学材料透0过率，D是光学系统入射孔直径，NA是光学系统数值孔径。0
式中，f是光学系统等效焦距。数值孔径是设计光学系统时，应着重考虑的参数。理论上数值孔径最大值为1，但实际上很少超过0.5。它牵动着D和f变化，也影响系统其他因子，甚至重量和体积。0
3.探测器因子**
探测器因子［D］中的D是探测器的归一化探测度或比探测度，表达式为
式中，A是探测器敏感元面积，Δf为探测器等效噪声带宽，单位d1/2-1是cm·Hz·W。探测器敏感元面积A与瞬时视场Ω、光学系统等效焦d距f的关系为
探测器因子反映了整个系统的性能。
4.信号处理与整机因子
信号处理与整机因子中的为信噪比，是光电雷达均方根信号电压和均方根噪声电压的比值。它的倒数叫等效噪声照度，即
通过以上对四个因子的分析，可知探测器性能决定整个系统性能。靠其他因子，如减小视场角和带宽来增加作用距离，因为有个幂次关系，希望也不大。11.2.2 系统的基本参数
搜索与跟踪系统不遗漏地搜索目标的前提是探测目标的温度。探测温度在-200～+2 500℃内的目标时，可测量参数有灵敏度参数，如NETD、MRTD、MDTD等；有系统分辨力参数，如空间分辨角、瞬时视场、光学传递函数等；有描写整机系统传递特性参数，如信号传递函数、光谱传递函数等，以及均匀性、畸变等。
1.灵敏度参数
1）噪声等效温差（NETD）
假设目标与背景都是朗伯辐射体，先求出系统可分辨单元接收的辐射功率，再求出由于目标与背景温差ΔT引起的接收功率差异，继而求得均方根信号电压V及均方根噪声电压V。求得信噪比S/N=V/snsV。可得到NETD的表达式为n
NETD表示系统在信噪比为1时的温差，单位是K。它反映了信噪比限制的温度分辨率，没有考虑视觉特性的影响。
分立组件的系统噪声等效温差为
式中，a、b是探测器敏感单元的面尺寸；Δf是系统电子带宽；αR和β是探测器敏感元对目标张角；A是光学系统入瞳面积；是在λ01*～λ波段内光学系统透过率；D（λ）是探测器峰值波长λ响应的比2pp探测度；c是第二辐射常数；T是黑体温度；M是黑体在温度T的辐2BλB射出射度。式中积分由数据表可查。
2）最小可分辨温差（MRTD）
景物的空间频率函数，是系统受到视在信噪比限制时的温度分辨率量度。测试时，光电雷达系统以如图11.3所示的某一组四条带图案作为目标，调节目标相对背景的温差，从零逐渐增大，直到在显示屏上刚能分辨出条带图案为止。此时温差就是在该组目标空间频率下的最小可分辨温差。图11.3 MRTD测试图案
对均匀大目标图案，由式（11.6），得
该信噪比是由目标与背景温差ΔT测得的。与前式不同，考虑带形图案方波函数，按傅里叶级数展开近似取值修正，人眼感受目标亮度由平均值、时间积分效应、俯仰观测空间积分效应、水平观测积分效应等四项修正，于是有
式中，N是目标图案空间频率；α和β是探测器敏感元对图案的T张角；（MTF）s是系统不包含外部设备自身调制函数；T是人眼积分e时间，一般为0.2s；是观测图案帧频；Δf是系统电子带宽；τ是目Rd标图案在探测器驻留时间。MRTD的单位是K。
分别对不同空间频率条带图案重复上述测量，可得到MRTD曲线，如图11.4所示。图11.4 MRTD与空间频率关系
MRTD综合描述了在噪声背景中，光电雷达对目标的空间及温度分辨能力。试验数据和理论结果比较符合，容易测量，再现性好；体现了帧频对系统灵敏度的影响。MRTD是一种带有主观因素的量度，未考虑人眼调制传递函数的影响，测试结果会因人而异。此外，实际测量时人眼视觉阈值易受到随机噪声、干扰和反差比的影响；在外场测量也有一定误差。
3）最小可探测温差（MDTD）
它是将NETD和MRTD的概念在某些方面进行取舍后得出的。MDTD仍是采用的MRTD的观测方式，由在显示屏上，刚能分辨出目标时，所需目标对背景温差来定义。但MDTD采用的标准图案是位于均匀背景中的单个方形目标，尺寸可调整，这是对NETD与MRTD标准图案特点综合。其表达式为
MDTD用来估算点源目标可探测性是有价值的。可在外场测量和应用中，评价系统性能。
2.系统分辨力参数
系统分辨力是将物体结构图像分解为许多线或点元素，系统区分两个物体元素的最小距离，还包括与物体结构相关的透过特性、对比度变化和位相移动。
过去较多用瞬时视场的空间分辨角Δθ，现在则多用调制传递函数MTF描述系统分辨力。其中光学传递函数OTF是一个理想参数。
1）瞬时视场的空间分辨角Δθ
瞬时视场也称为空间分辨力，单位为mrad。由单元探测器光敏元面尺寸及光学系统焦距所共同决定的观察角，是反映系统空间分辨力高低的指标。
2）调制传递函数
通常用于线性时不变系统（Linear Time-Invariant，LTI）的单输入、单输出系统。传递函数有对比度传递函数（Contrast Transfer Function，CTF）和位相传递函数（Phase Transfer Function，PTF），其频域内的一般表达式为
式中，f是信号频率，M是输入量，M是输出量。xio
根据线性理论，对于由一系列具有一定频率特性（空间或时间的）分系统所组成的光电雷达系统，只要逐个求出分系统传递函数，其乘积直接决定系统功能和性能，就是整个系统传递函数。
或
式中，MTF是光学系统调制传递函数；MTF是探测器传递函数；odMTF是电子线路传递函数；MTF是显示器传递函数；MTF是大气emom扰动传递函数；MTF是人眼调制传递函数。前三项因子是光电雷达eye核心调制传递函数，它也可以增加或减少某些子、分系统单元，如增加光机扫描，就变成扫描成像辐射系统。显示器传递函数反映了外部设备性能，它也可以是计算机、自动控制系统和通信系统。大气扰动传递函数反映了环境对光电雷达的影响。人眼能发现能量起伏为0.05，所以人眼能接收感知的极限调制度为0.026。
3）光学传递函数
光学传递函数是以空间频率为变量的传递光学图像的调制度和相移的传递函数。传递函数客观地反映成像系统的成像质量。系统存在一个截止频率，在此频率下，正弦变化的目标像的对比度降低到0。这种对比度降低和相位漂移是随空间频率f不同而变化的，其函数关T系称为光学传递函数。
式中，OTF是个复数；MTF是辐射模或绝对值，反映系统调制特性和空间频率f的关系；即幅频特性；PTF是相位传递函数，反映辐T射相位变化，即相频特性。光学传递函数反映物体不同频率成分传递能力。高频部分反映物体细节情况，中频部分反映物体层次情况，低频部分反映物体轮廓情况。
3.整机系统传递特性参数
整机系统传递特性参数是从整机角度描述系统输出能量和输入能量之间的关系。信号传递函数（SITF）在系统对准目标时，反映输出亮度与输入目标背景等效黑体温差的关系，反映整机系统动态范围调节情况，探测目标强弱能力。光谱特性传递函数（SPTF）在测量某一波长时，调制被测靶标辐射源温度，维持被测靶标输出亮度不变，测量系统输出光谱响应。由于光谱测试设备和方法都比较复杂，而探测器又是决定整体系统能力的核心部件，因此，直接用探测器光谱响应来代替它。11.2.3 系统信噪比
假设目标作为黑体扩展源，探测器作为视场光阑，目标敏感器性能便受到探测器噪声的限制。在探测器噪声限情况下，背景噪声可以忽略。由式（11.8）有
将温度量换成通量密度，便得到噪声等效通量密度NEFD，于是对一定波长λ，有
在一定波长范围λ～λ内的信噪比为1211.3 搜索与跟踪系统11.3.1 系统基本要求
测温测辐射系统是最基本、最简单的非接触式搜索系统。为了突出它的测温特点，习惯上仍叫测温测辐射系统。它有便携式、在线式、机载和星载式三大系列，备有各种选插件和计算机软件，有测温仪（点温仪）、热像仪、热电视等。测辐射系统有微辐射计、遥感辐射系统和红外天文望远镜等。
系统的框图和功能由前面的图11.2表示。光学系统汇集其视场内目标辐射能量，视场大小由系统光学零件及位置决定。辐射能量聚焦在光电探测器上，转变为电信号，经过放大和信号处理电路按照仪器内部算法和目标发射率校正后，转变为被测目标温度值，并显示温度的时间及空间分布图像。还应考虑系统所在环境条件，如温度、气氛、污染和干扰等对性能指标的影响及修正方法。
整机系统应考虑以下问题。（1）测温量程分低温（＜100℃）、中温（100～700℃）和高温（700～3 200℃）区；工作波长应考虑测温区，由目标材料发射率和表面特性决定；目标尺寸可确定光斑尺寸，结合距离系数确定距离和光斑尺寸之比，从而确定视场及光学分辨率。（2）响应时间为到达稳定读数95%能量的时间，与探测器、信号处理及显示系统的时间常数有关。（3）测量精度应真实、准确。考虑使用要求和成本核算，精度极限可达0.1℃。（4）输出和显示部件应具有多功能，如峰值保持、谷值保持、平
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]