一种红外多波段复合偏振探测系统的性能评价方法

本发明涉及红外偏振探测系统，具体涉及一种红外多波段复合偏振探测系统的性能评价方法。

背景技术：

1、光学探测技术凭借非接触、高精度、高分辨率等优势，被广泛地应用于工业检测、环境监测、天文观测等诸多领域。然而，仅依赖强度信息或单波段成像的传统单一光学探测模式，在实际应用中面临显著局限。例如，传统单一光学探测模式对杂散光的抑制能力和目标识别的抗干扰能力不强，探测灵敏度和动态范围难以满足实际需求；此外，在受环境光照变化和背景杂波干扰时，全天时工作能力严重受限。

2、近年来，相关领域内学者在多波段复合光学探测系统设计方面开展了大量工作。例如，通过共孔径或分孔径结构实现可见/红外多通道成像，并利用分光元件或滤光片进行波段分离。然而，现有研究多侧重于系统设计，针对基于系统性能的系统级物理建模、关键参数优化等方面缺乏系统的分析，且缺乏关于测量精度如何在系统各环节中传递与累积的定量描述。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术缺乏对基于系统性能的系统级物理建模，以及测量精度如何在系统各环节中传递与累积的定量描述的技术问题，而提供一种红外多波段复合偏振探测系统的性能评价方法。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种红外多波段复合偏振探测系统的性能评价方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

4、步骤1、根据红外多波段复合偏振探测系统中多个红外波段的偏振调制方案，确定对应的偏振调制矩阵，并据其建立多个红外波段的偏振调制模型；

5、步骤2、建立红外多波段复合偏振探测系统的成像模型，并分别将多个红外波段的偏振调制模型加入其中，得到红外多波段复合偏振探测系统多个红外波段的偏振成像模型，然后在预设入射光偏振信息和光场强度分布下，分别得到多个红外波段在对应偏振调制方案下的像面光强分布；

6、步骤3、基于辐射度学与黑体辐射定律，建立红外多波段复合偏振探测系统的热辐射杂散光分析模型，并分别将多个红外波段的偏振调制模型加入其中，得到红外多波段复合偏振探测系统每个红外波段的热辐射杂散光偏振分析模型，然后在与步骤2相同的预设入射光偏振信息和光场强度分布下，分别得到多个红外波段在对应偏振调制方案下的像面热辐射杂散光强分布；

7、步骤4、根据多个红外波段的偏振调制矩阵，以及多个红外波段在对应偏振调制方案下的像面光强分布，分别计算红外多波段复合偏振探测系统多个红外波段的偏振测量结果，并结合预设入射光偏振信息，分别计算多个红外波段的偏振调制误差；

8、步骤5、根据多个红外波段的偏振调制矩阵，以及多个红外波段在对应偏振调制方案下的像面热辐射杂散光强分布，分别计算多个红外波段中热辐射引入的偏振测量误差；

9、步骤6、根据多个红外波段的偏振调制误差和对应热辐射引入的偏振测量误差，分别计算多个红外波段的系统性能误差，并据其完成红外多波段复合偏振探测系统的性能评价。

10、进一步地，步骤4中，步骤4中，通过以下公式分别计算红外多波段复合偏振探测系统多个红外波段的偏振测量结果：

11、

12、其中，为红外多波段复合偏振探测系统其中一个红外波段的偏振测量结果，为该红外波段的偏振调制矩阵，为的逆矩阵，为该红外波段在对应偏振调制方案下的像面光强分布。

13、进一步地，步骤4中，通过以下公式分别计算多个红外波段的偏振调制误差：

14、

15、其中，为其中一个红外波段的偏振调制误差，为该红外波段的预设入射光偏振信息。

16、进一步地，步骤5中，通过以下公式分别计算多个红外波段中热辐射引入的偏振测量误差：

17、

18、其中，为其中一个红外波段中热辐射引入的偏振测量误差，为该红外波段在对应偏振调制方案下的像面热辐射杂散光强分布。

19、进一步地，步骤6中，通过以下公式分别计算多个红外波段的系统性能误差：

20、

21、其中，为其中一个红外波段的系统性能误差。

22、进一步地，步骤2中，所述红外多波段复合偏振探测系统包括望远镜组1、n-1个分色镜2和n个适用于不同红外波段的红外偏振成像模块，其中，n为待探测红外波段的数量；

23、n-1个所述分色镜2由近至远依次设置在望远镜组1的出射光路上，n-1个红外偏振成像模块分别对应设置在n-1个分色镜2的反射光路上，剩余一个红外偏振成像模块设置在距望远镜组1最远的一个分色镜2的透射光路上；

24、所述红外偏振成像模块包括偏振调制单元3、成像镜组4和探测器5，偏振调制单元3、成像镜组4和探测器5沿光束传输方向依次设置，或者成像镜组4、偏振调制单元3和探测器5沿光束传输方向依次设置。

25、进一步地，所述望远镜组采用带有中间一次像面的无焦望远系统、望远镜物镜二次成像系统或望远镜物镜一次成像系统。

26、与现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：

27、1、本发明提供的一种红外多波段复合偏振探测系统的性能评价方法，将热辐射杂散光对偏振测量精度的影响进行了量化建模，揭示了热辐射杂散光在物理成像链路上引入偏振测量误差的路径，填补了偏振探测系统中热辐射杂散光影响评估的方法空白，使得冷光学、低发射率镀膜等杂散光抑制措施的效果可以直接通过模型量化评估，为热控方案优化提供了明确的技术指标和设计输入；

28、2、本发明提供的一种红外多波段复合偏振探测系统的性能评价方法，给出了从入射偏振信息到像面光强分布，再到偏振测量结果及其误差的完整传递链路，能够定量评价偏振测量误差的来源与大小，实现了系统性能的可计算、可预测、可评价，为红外多波段复合偏振探测系统的研制提供了量化的性能评价工具，使得设计人员在系统研制初期即可预测系统性能、识别薄弱环节、优化参数分配，避免了传统设计-加工-测试-迭代模式带来的高昂时间与成本代价；

29、3、本发明提供的一种红外多波段复合偏振探测系统的性能评价方法，通过增加或移除分色镜及对应的红外偏振成像模块，可根据实际任务需求灵活增减探测波段，适应不同应用场景，具有较强的工程适应性和推广价值；

30、4、本发明提供的一种红外多波段复合偏振探测系统的性能评价方法，望远镜组采用带有中间一次像面的无焦望远系统，分色镜置于望远镜组一次像面后的平行光路中，可以降低像差影响；望远镜组采用望远镜物镜二次成像系统，可实现红外系统出瞳与探测器冷阑的匹配，降低系统热辐射杂散光。

1.一种红外多波段复合偏振探测系统的性能评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种红外多波段复合偏振探测系统的性能评价方法，其特征在于，步骤4中，通过以下公式分别计算红外多波段复合偏振探测系统多个红外波段的偏振测量结果：

3.根据权利要求2所述的一种红外多波段复合偏振探测系统的性能评价方法，其特征在于，步骤4中，通过以下公式分别计算多个红外波段的偏振调制误差：

4.根据权利要求3所述的一种红外多波段复合偏振探测系统的性能评价方法，其特征在于，步骤5中，通过以下公式分别计算多个红外波段中热辐射引入的偏振测量误差：

5.根据权利要求4所述的一种红外多波段复合偏振探测系统的性能评价方法，其特征在于，步骤6中，通过以下公式分别计算多个红外波段的系统性能误差：

6.根据权利要求1-5任一所述的一种红外多波段复合偏振探测系统的性能评价方法，其特征在于：步骤1中，所述红外多波段复合偏振探测系统包括望远镜组（1）、n-1个分色镜（2）和n个适用于不同红外波段的红外偏振成像模块，其中，n为红外波段的数量；

7.根据权利要求6所述的一种红外多波段复合偏振探测系统的性能评价方法，其特征在于：步骤1中，所述望远镜组（1）采用带有中间一次像面的无焦望远系统、望远镜物镜二次成像系统或望远镜物镜一次成像系统。