СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАДИАЦИОННЫХ ТЕМПЕРАТУР ГЕОПОЛИГОННОГО ПАССИВНОГО ИК-ТЕСТ-ОБЪЕКТА Российский патент 1998 года по МПК G01M11/00 

Настоящее изобретение относится к способам регулирования радиационной температуры поверхности чередующихся полос пассивного ИК-тест-объекта, а именно поддержания постоянной заданной величины разностной температуры поверхности чередующихся полос, и может быть использовано в оптико-механической отрасли промышленности, конкретно при формировании на геополигоне пассивного регулируемого ИК-тест-объекта для измерения в плане на местности разрешающей способности бортовой самолетной ИК-аппаратуры.

Задачей изобретения является создание способа регулирования радиационных температур пассивного ИК-тест-объекта.

Задача решается за счет того, что в способе регулирования радиационных температур геополигонного пассивного ИК-тест-объекта с чередующимися с заданной разностной температурой полосами поверхности фона и полосами, содержащими отражатели ИК-излучения и поверхности фона между ними, измеряют радиационную температуру полос с поверхностью фона, рассчитывают величину разности температуры поверхности фона и заданной разностной температуры чередующихся полос и, сохраняя постоянным соотношение площадей отражающей поверхности отражателей и поверхности фона между отражателями, изменяют у отражателей ИК-излучения соотношение площадей отражающих поверхностей с различными спектральными коэффициентами отражения до момента достижения равенства величины измеренной радиационной температуры поверхности полосы, содержащей отражатели ИК-излучения и поверхности фона между ними, величине расчетной разности температуры поверхности фона и заданной разностной температуры чередующихся полос.

В предлагаемом способе повышение точности регулирования радиационных температур геополигонного пассивного ИК-тест-объекта с заданной разностной температурой чередования поверхностей полос достигается за счет управляемого спектроделения отраженного лучистого потока ИК-излучений верхних слоев атмосферы Земли при поддержании неизменным соотношения площадей поверхности отражателей и поверхности фона между отражателями в общей площади полос с отражателями.

Повышение пространственной частоты чередования поверхностей фона и отражателей в площади полос с отражателями позволило путем введения ограничений размеров отражателей выполнить требования по равномерности распределения температур вдоль и поперек полос.

Измерение радиационной температуры полос ИК-тест-объекта с учетом размера поля зрения ИК-термометра позволило повысить точность измерения радиационной температуры полос с отражателями.

Проверенные экспериментальным путем пары материалов для отражателей с различными спектральными коэффициентами отражения обеспечивают заданный диапазон регулирования разностных радиационных температур полос ИК-тест-объекта.

Способ опробован в натурных исследованиях при регулировании радиационной температуры поверхности полос фона с цилиндрическими отражателями различного диаметра, выполненными из различных материалов.

На чертеже изображен макет геополигонного тест-объекта, в котором формирование и регулирование радиационных температур полос осуществлено по предлагаемому способу, где 1 - лучистый поток ИК-излучений верхних слоев атмосферы Земли; 2 - поверхность полос с номинальной радиационной температурой фона T_ф; 3, 4 и 5 - группы полос различной ширины L с соответствующим количеством отражателей N_о в каждой полосе; 6 - измеритель радиационных температур; 7 - фазовый угол поворота цилиндров отражателей вокруг продольных осей; 8 - направление движения параллелограмма синфазного поворота цилиндров; 9 - начальное положение отражателей, когда фазовый угол поворота поверхностей полуцилиндров равен нулю; 10 - линии раздела на отражателе поверхностей из материалов с различными спектральными коэффициентами отражения; 11 - металлическая поверхность полуцилиндра отражателя с проекцией на поверхность фона шириной L_х; 12 - поверхность полуцилиндра из металлоида с шириной проекции L_т; 13, 14 - соответственно, ширина L и длина 5L штрихов тест-объекта; 15 - межосевое расстояние крепления отражателей, равное D_и; 16 - отраженный лучистый поток излучений верхних слоев атмосферы Земли; 17 - крепеж цилиндров отражателей.

Количество отражателей N_о в каждой полосе определено геометрическим соотношением:

где
N_о - количество отражателей в полосе группы;
L - ширина полосы в группе;
L_ф - ширина фона между двумя отражателями;
L_о - диаметр отражателя не более 0,1L.

При единой для трех групп полос заданной разностной температуре T_р
T_р = T_хп - T_тп
и условии:
T_тп = T_ф,
где
T_хп - радиационная температура поверхности холодной полосы;
T_тп - радиационная температура поверхности теплой полосы;
T_ф - радиационная температура фона,
определяют требуемую радиационную температуру холодной полосы T_хп:
T_хп = T_о • K_о + T_ф • K_ф,
где
- коэффициент учета в площади полосы размеров поверхности с радиационной температурой T_о;
K_ф = 1 - K_о - коэффициент учета в площади полосы между отражателями размеров поверхности фона.

Спектроделение лучистого потока 1 производят чередующимися поверхностями 11 и 12 отражателей, при этом регулируют радиационную температуру T_о путем изменения соотношения величин 11 и 12:
T_о = T_х • K_х + T_т • K_т,
где
T_х - радиационная температура металлической отражающей поверхности;
T_т - радиационная температура поверхности отражателя из металлоида;
- коэффициент учета размеров металлической поверхности отражателя, обращенной к ИК-излучению верхних слоев атмосферы Земли;
K_т = 1 - K_х - коэффициент учета поверхности отражателя из металлоида, обращенной к ИК-излучению верхних слоев атмосферы Земли;
L_х, L_т - ширина проекции на горизонтальную поверхность, соответственно, металлической и металлоидной поверхности отражателя.

где
φ - фазовый угол поворота цилиндров.

При синфазном развороте цилиндров отражателей по направлению 7, как показано на чертеже, уменьшают размер поверхности 12 отражателей, увеличивая при этом размер поверхности 11 отражателей, облучаемых лучистым потоком 1, и изменяют, соответственно развороту цилиндров, величину радиационной температуры холодной полосы T_хп, оставляя неизменной при регулировании величину составляющей T_ф • K_ф.

По формуле N_о определяют, округляя до целого, количество отражателей в группах 3, 4 или 5 при L₃ = 600 мм, L₄ = 500 мм и L₅ = 400 мм: N₃ = 19; N₄ = 16; N₅ = 13, при L_о = 10-16 мм и D_и = 32 мм.

Регулирование радиационных температур осуществляется следующим образом.

ИК-излучение 1 с минусовой радиационной температурой верхних слоев атмосферы Земли облучает поверхность полос фона 2 и поверхность полос 3, 4 и 5 с горизонтально расположенными на подстилающем фоне отражателями в виде чередующихся трех групп полос, имеющих различную ширину 13 и длину 14 полос.

Отражаясь от поверхностей полос 2, 3, 4 и 5, вертикальная составляющая отраженного лучистого потока ИК-излучения верхних слоев атмосферы Земли 16 попадает в приемное устройство измерителя радиационных температур 6, имитирующее величину поля зрения приемного устройства бортовой самолетной ИК-аппаратуры наблюдения линейного сканирования.

Измеряют радиационные температуры T_ф, T_хп, фиксируют отклонение измеренной температуры полосы с отражателями T_хп от величины разности измеренной температуры T_ф и заданной разностной температуры T_р и, изменяя величину 12, уменьшают отклонение до нуля.

Спектральный состав лучистого потока 16, отраженного поверхностями 3, 4 и 5, зависит от величины фазового угла 7 поворота линии раздела 10 полуцилиндров 11 и 12 отражателей, выполненных из материалов с различными спектральными коэффициентами отражения.

Синфазный поворот отражателей осуществляют из положения 9 путем перемещения 8 в зависимости от знака и величины отклонения измеренной температуры T_хп от рассчитанной по соотношению:
T_хп = T_ф - T_р ,
до момента совпадения измеренной и расчетной величин T_хп.

Способ позволяет в геополигонных метеоусловиях при облетах проверочной ИК-миры самолетом наблюдения с ИК-аппаратурой линейного сканирования обеспечить поддержание разностной температуры поверхности чередующихся полос заданной величины с точностью не ниже 10%, при этом не требуется дополнительных энергетических установок и сетевого электропитания.

Применение способа возможно в системе измерения радиационных температур с автоматической отработкой сигналов отклонения.

Способ позволяет имитировать радиационные температуры различных геополигонных объектов.

Способ опробован при натурных испытаниях в 1995 г. макета пассивной регулируемой ИК-миры облетами бортовой ИК-аппаратуры линейного сканирования Зима-М, размещенной на самолете Ан-30 N04.

Получены положительные результаты регистрации указанной ИК-аппаратурой с высоты полета 300 м на травяном фоне девяти чередующихся полос ИК-миры шириной L=0,5 м и длиной до 5L.

Регулирование радиационной температуры полос проводилось как при плюсовом, так и минусовом контрасте радиационных температур в дневном и ночном полете.

Натурными измерениями подтверждена правильность выбора геометрической формы отражателей и способа продольного чередования поверхностей отражателей и фона в полосе ИК-тест-объекта.

Отражатели указанного макета были выполнены из стандартных металлических труб с металлоидным покрытием части поверхности.

Используемые в способе регулирования температур ИК-тест-объекта устройства: измеритель радиационных температур, крепеж отражателей и конструкция параллелограммного механизма синфазного поворота цилиндров вокруг продольных осей известны.

ИК-тест-объект используется для определения разрешающей способности бортовой самолетной аппаратуры. ИК-тест-объект содержит полосы поверхности фона и полосы, содержащие отражатели ИК-излучения и поверхность фона между ними. Измеряют радиационную температуру полос поверхности фона и полос с отражателями. Рассчитывают величину разности температуры поверхности фона и заданной разностной температуры чередующихся полос. Изменяют у отражателей соотношение площадей отражающих поверхностей с различными спектральными коэффициентами отражения до момента достижения равенства величины измеренной радиационной температуры поверхности полосы с отражателями величине расчетной разности температуры поверхности фона и заданной разностной температуры чередующихся полос. Способ обеспечивает поддержание разностной температуры чередующихся полос с заданной точностью. 1 ил.

Способ регулирования радиационных температур геополигонного пассивного ИК-тест-объекта с чередующимися с заданной разностной температурой полосами поверхности фона и полосами, содержащими отражатели ИК-излучения и поверхности фона между ними, заключающийся в том, что измеряют радиационную температуру полос поверхности фона и полос, содержащих отражатели ИК-излучения и поверхности фона между ними, сохраняя постоянным соотношение площадей отражающей поверхности отражателей и поверхности фона между отражателями, рассчитывают величину разности температуры поверхности фона и заданной разностной температуры чередующихся полос, изменяют у отражателей ИК-излучения соотношение площадей отражающих поверхностей с различными спектральными коэффициентами отражения до момента достижения равенства величины измеренной радиационной температуры поверхности полосы, содержащей отражатели ИК-излучения и поверхности фона между ними, величине расчетной разности температуры поверхности фона и заданной разностной температуры чередующихся полос.