Оценка теплового контраста низкотемпературных наземных объектов

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Овсянников В.А., Овсянников Я.В. Оценка теплового контраста низкотемпе-ратурных наземных объектов // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 10. С. 5–12. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-10-05-12

Ovsyannikov V.A., Ovsyannikov Ya.V. Evaluation of the thermal contrast of low-temperature ground-based objects [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2022. V. 89. № 10. P. 5–12. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-10-05-12

Ссылка на англоязычную версию:

V. A. Ovsyannikov and Ya. V. Ovsyannikov, "Evaluation of the thermal contrast of low-temperature ground-based objects," Journal of Optical Technology. 89(10), 563-568 (2022). https://doi.org/10.1364/JOT.89.000563

Аннотация:

Предмет исследований. Тепловой контраст низкотемпературных пассивных объектов местности — это разность радиационных температур объекта и фона в спектральных рабочих диапазонах наблюдательных тепловизионных приборов воздушного и наземного базирования. Цель — обеспечение разработчиков тепловизионных приборов исходными данными по демаскирующим признакам наземных объектов. Метод. Теоретический анализ физических закономерностей формирования теплового контраста наземных объектов с привлечением известной из литературы модели теплового излучения атмосферы, учитывающей не только температурный контраст, возникающий из-за различной тепловой инерции объекта и фона при изменении метеоусловий, но и оптические характеристики объекта и отражённое от него излучение Солнца и окружающей среды (земной поверхности и атмосферы), а также, для объёмных объектов, направление визирования. Основные результаты. Предложен методологический подход и соответствующая математическая модель для оперативной инженерной оценки основного демаскирующего признака низкотемпературных наземных объектов, в частности транспортной техники, наблюдаемых посредством тепловизионных приборов, в том числе из верхней полусферы, на фоне земной поверхности при различном состоянии облачности, — их теплового контраста в диапазонах спектра 3–5 и 8–12 мкм, соответствующих «окнам прозрачности» атмосферы. Приведены основные аналитические соотношения для выполнения этой оценки, учитывающие тепловое излучение окружающей среды, прямое и рассеянное солнечное излучение, отражённое диффузной сферической поверхностью, имитирующей наблюдаемый объект, и направление его визирования. Показано, что даже при фиксированном температурном контрасте объектов их тепловой контраст может варьироваться в достаточно широких пределах и претерпевать инверсию. Дан пример практического использования предложенной модели. Практическая значимость. Разработанная инженерная методика расчёта теплового контраста наземных объектов может быть использована для оперативного прогноза эффективности, в том числе дальности действия, тепловизионных приборов воздушного и наземного базирования, а также для обоснования требований к основным техническим параметрам перспективных образцов этих приборов.

Ключевые слова:

тепловой контраст, низкотемпературные наземные объекты

Коды OCIS: 010.7295, 110.6820

Список источников:

1. Jacobs P.А. Thermal infrared characterization of ground targets and background. US, Bellingham, Washington: SPIE press, 2006. 212 p.
2. Иванов В.П., Курт В.И., Овсянников В.А., Филиппов В.Л. Моделирование и оценка современных тепловизионных приборов. Казань: Отечество, 2006. 595 с.
3. Скворцов Б.В., Перцович А.С., Живоносновская Д.М. Имитационное моделирование сигнатуры теплового объекта // Оптический журнал. 2018. Т. 85. № 4. С. 28–35.
Skvortsov B.V., Pertsovich A.S. , Zhivonosnovskaya D.M. Simulation modeling of the signature of a thermal object Journal of Optical Technology. 2018. V. 85(4), Р. 211–217. https://doi.org/10.1364/JOT.85.000211.
4. Wang B., Xie Y., Yuan Y., Zhang W. Calculation of temperature variation and in-frared detection probability of the desert ground target // Proc. SPIE. 2017. V. 10255. P. 102554Z-1 – 102554Z-9.
5. Plesa C., Turcanu D., Bodoc V. The use of infrared radiation for thermal signa-tures determination of ground targets // Rom. Journ. Phys. 2006. V. 51. № 1–2. P. 63–72.
6. Филиппов В.Л., Вендеревская И.Г. Модельный расчет спектральной прозрачности и яркости атмосферы в динамике погодных условий. Итоги разработки // Оптический журнал. 2017. Т. 84. № 3. С. 15–21. Filippov V.L., Venderevskaya I.G. Model calculation of the spectral transmittance and radiance of the atmosphere as they vary with weather conditions: development results // Journal of Optical Technology. 2017. V. 84(3). Р. 167–172. https://doi.org/10.1364/JOT.84.000167

7. Марков А.В., Остриков В.Н. Моделирование инфракрасных изображений наземных объектов на основе термодинамического расчета // Оптический журнал. 2000. Т. 67. № 7. С. 100–105. Markov A.V. Ostrikov V.N. Computational thermodynamics modeling of infrared images of terrestrial objects // Journal of Optical Technology. 2000. V. 67(7). Р. 687–692. https://doi.org/10.1364/JOT.67.000687.
8. Sanders J., Johnson K., Curran A., Runes P. Ground target infrared signature modeling with the multiservice electro-optic signature code // Proc. SPIE. 2000. V. 4029. P. 197-204.
9. Clare P. Design and modeling of spectral-thermal unmixing targets for airborne hyperspectral imagery // Proc. SPIE. 2006. V. 6233. P. 62331J-1 – 62331J-12.
10. Ata Y., Nakiboglu K. Infrared signature estimation of an object or a target by taking into account atmospheric effects // Optics communications. 2010. V. 283. P. 3901-3910. http://doi.org/10.1016/j. optcom.2010.06.006.
11. Матвеев Л.Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 751 c.
12. Овсянников В.А., Овсянников Я.В. Оценка контрастной силы излучения воздушных объектов для наземной телевизионной аппаратуры // Авиакосмическое приборостроение. 2022. № 2. С. 3–12. http://doi.org/10.25791/aviakosmos 2.2022.1263.
13. Овсянников В.А., Овсянников Я.В. О пороговой чувствительности несканирующих тепловизионных приборов, работающих по наклонным атмосферным трассам // Оптический журнал (настоящий выпуск). 2022. Т. 89. № 10. С. 13–25. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-10-13-25
14. Вавилов В.П. Инфракрасная термография и тепловой контроль. М.: Спектр, 2009. 544 с.
15. Белозеров А.Ф., Иванов В.М. Зарубежные тепловизионные приборы. М.: НТЦ «Информтехника», 2004. 91 c.
16. Овсянников В.А., Филиппов В.Л. О рациональном выборе спектрального рабочего диапазона современных тепловизионных приборов // Контенант. 2019. № 4. С. 68–86.