低温真空辐射温度参数校准系统及校准方法与流程

1.本发明涉及在轨空间的红外载荷校准技术领域，具体涉及一种低温真空低温真空辐射温度参数校准系统及校准方法。


背景技术：

2.红外载荷即红外载荷成像器，随着航天技术的发展，红外载荷的应用已经扩展至临近空间及外太空，这些系统包括空间侦察系统、临近空间预警系统、外太空红外导引打击系统、高速突防武器系统、星载红外遥感系统等，随着这些红外载荷技战术性能要求的逐步提高，在低温真空条件下进行辐射温度参数校准已成为目标红外载荷进一步发展的必然趋势。
3.对于轨道卫星在轨空间的应用环境，低温真空辐射温度参数校准是红外载荷实现高性能指标的基础与前提条件，通过在其设计、工程研制、试验等阶段地面模拟环境中辐射温度参数校准，可使其关键技术指标得到校准，提高红外载荷目标识别能力，这对于预警系统、外太空红外导引系统、高速突防武器导引系统等具有极为重要的意义。为了满足相关型号技术指标，需在在轨空间环境下对其进行超低温辐射温度参数校准。校准状态须与空间实际工作状态一致，以保证校准的有效性，准确掌握红外载荷的反演系数，确保目标识别精度。
4.但本技术发明人在实现本技术实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：
5.辐射温度参数中，除了辐射温度、辐射温度均匀性之外，netd(噪声等效温差)、mrtd(最小可分辨温差)、mdtd(最小可探测温差)的校准溯源同样重要，但目前在轨空间红外载荷低温辐射温度参数测试系统只能对辐射温度进行测试，netd(噪声等效温差)、mrtd(最小可分辨温差)、mdtd(最小可探测温差)的测试乃至于校准溯源均无法进行，在轨空间的辐射温度参数难以校准，测试数据准确度无法评定，使得红外载荷低温红外目标探测性能测试产生了隐患。


技术实现要素：

6.鉴于上述在轨空间的辐射温度参数难以校准，测试数据准确度无法评定，使得红外载荷低温红外目标探测性能测试产生了隐患的问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种低温真空低温真空辐射温度参数校准系统及校准方法。
7.依据本发明的一个方面，提供一种低温真空辐射温度参数校准系统，包括：真空冷舱，用于模拟低温真空环境；红外温差辐射发射装置，其设于所述真空冷舱内，用于发出具有设定温差的第一红外辐射；准直光学装置，其设于所述真空冷舱内，用于接收所述第一红外辐射并将所述第一红外辐射准直处理后发射至目标红外载荷，以供所述目标红外载荷进行噪声等效温差校准和/或最小可分辨温差校准和/或最小可探测温差校准。
8.优选的，所述低温真空辐射温度参数校准系统，还包括：标准黑体，其设于所述真空冷舱内，用于发出温度稳定的第二红外辐射，以供所述目标红外载荷进行辐射温度、及温度均匀性校准。
9.优选的，所述红外温差辐射发射装置包括：靶标组件，其具有若干透光靶标；背景黑体，其对应所述透光靶标的反射面设置，用于向所述透光靶标发出温度稳定的第三红外辐射；目标黑体，其对应所述透光靶标的背面设置，用于向所述透光靶标发出温度稳定的第四红外辐射；其中，所述第三红外辐射经所述透光靶标的反射面反射，所述第四红外辐射穿过所述透光靶标，与所述第三红外辐射结合形成所述具有设定温差的第一红外辐射。
10.优选的，若干所述透光靶标至少包括方形靶、圆形靶、四杆靶。
11.优选的，所述准直光学装置包括：低温平行光管，其对应所述红外温差辐射发射装置的输出端设置，所述第一红外辐射从该低温平行光管的焦面处射入后从该低温平行光管的出瞳处射出。
12.优选的，所述准直光学装置，还包括：二维摆镜，其分别对应所述准直光学装置、目标红外载荷设置，用于将所述准直光学装置准直处理后发射出的所述第一红外辐射扫描在所述目标红外载荷上；真空低温转台，所述二维摆镜活动安装在该真空低温转台上，用于驱使所述二维摆镜转动。
13.依据本发明的另一个方面，还提供一种低温真空辐射温度参数校准方法，包括：
14.获取辐射温度目标值、辐射温度校准值，所述辐射温度目标值为标准黑体发出的第一红外辐射的辐射温度，所述辐射温度校准值为目标红外载荷观察所述第一红外辐射所测得的辐射温度；
15.比对所述辐射温度目标值、辐射温度校准值；
16.校准所述目标红外载荷的辐射温度；
17.获取若干像元辐射温度，若干所述像元辐射温度为所述目标红外载荷的不同像元所测得的辐射温度；
18.获取标准偏差目标值、标准偏差校准值，所述标准偏差目标值为所述标准偏差校准值校准的目标值，所述标准偏差校准值为若干所述像元辐射温度的标准偏差；
19.比对所述标准偏差目标值、标准偏差校准值；
20.校准所述目标红外载荷的辐射温度均匀性。
21.优选的，所述低温真空辐射温度参数校准方法，还包括：
22.获取噪声等效温差目标值、噪声等效温差校准值，所述噪声等效温差目标值为所述目标红外载荷的噪声等效温差校准的目标值，所述噪声等效温差校准值为所述目标红外载荷观察方形靶或圆形靶时，其输出信号的信噪比为1时，目标黑体输出的第二红外辐射及背景黑体输出的第三红外辐射之间的等效温差；
23.比对所述噪声等效温差校准值、噪声等效温差目标值；
24.校准所述目标红外载荷的噪声等效温差。
25.优选的，所述低温真空辐射温度参数校准方法，还包括：
26.获取最小可分辨温差目标值、最小可分辨温差校准值，所述最小可分辨温差目标值为所述目标红外载荷的最小可分辨温差校准的目标值，所述最小可分辨温差校准值为所述目标红外载荷观察四杆靶时，目标黑体输出的第二红外辐射在背景黑体输出的第三红外
辐射中被观察出的正温差与负温差平均值；
27.比对所述最小可分辨温差目标值、最小可分辨温差校准值；
28.校准所述目标红外载荷的最小可分辨温差。
29.优选的，所述低温真空辐射温度参数校准方法，还包括：
30.获取最小可探测温差目标值、最小可探测温差校准值，所述最小可探测温差目标值为所述目标红外载荷的最小可探测温差校准的目标值，所述最小可探测温差校准值为所述目标红外载荷观察圆形靶时，目标黑体输出的第二红外辐射在背景黑体输出的第三红外辐射中被观察出的正温差与负温差平均值；
31.比对所述最小可探测温差目标值、最小可探测温差校准值；
32.校准所述目标红外载荷的最小可探测温差。
33.依据本发明的另一个方面，还提供一种计算机系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上任一所述的低温真空辐射温度参数校准方法。
34.依据本发明的另一个方面，还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一所述的低温真空辐射温度参数校准方法。
35.本发明的有益效果为：本发明系统设计合理巧妙，通过真空冷舱模拟出与在轨空间相同的低温真空环境，再通过红外温差辐射发射装置发出具有设定温差的第一红外辐射，并由准直光学装置接收所述第一红外辐射并将所述第一红外辐射准直处理后发送至目标红外载荷；结合本发明的低温真空辐射温度参数校准方法，执行对目标红外载荷的辐射温度校准、温度均匀性校准、噪声等效温差校准、最小可分辨温差校准、及最小可探测温差校准，实现了对辐射温度参数的校准溯源；解决了在轨空间的辐射温度参数难以校准，测试数据准确度无法评定，使得红外载荷低温红外目标探测性能测试产生了隐患的问题；结合第一、第二、第三平移导轨，可根据校准需求，分别调整标准黑体、标准红外辐射计、及透光靶标所处位置，即目标红外载荷在实施温度参数校准时，无需移动或改变朝向，可保持不同参数之间的校验环境的一致性，大幅提高校准精度。
36.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
37.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.图1是本发明实施例1中一种低温真空辐射温度参数校准系统的结构示意图；
39.图2是本发明实施例1中一种低温真空辐射温度参数校准方法的流程图a；
40.图3是本发明实施例1中一种低温真空辐射温度参数校准方法的流程图b；
41.图4是本发明实施例1中一种低温真空辐射温度参数校准方法的流程图c；
42.图5是本发明实施例1中一种低温真空辐射温度参数校准方法的流程图d；
43.图6是本发明实施例1中一种低温真空辐射温度参数校准方法的流程图e；
44.图7是本发明实施例1中目标红外载荷辐射温度及温度均匀性的校准原理图；
45.图8是本发明实施例1中目标红外载荷噪声等效温差、最小可分辨温差、最小可探测温差校准的校准原理图；
46.图9是本发明实施例1中低温平行光管的标定原理图；
47.图10是本发明实施例1中红外标准辐射计的标定原理图。
48.附图标记说明：1、真空冷舱；2、红外温差辐射发射装置；3、准直光学装置；4、标准黑体；5、红外标准辐射计；6、目标红外载荷；7、校准光路；21、背景黑体；22、目标黑体；23、透光靶标；24、平面反射镜；31、低温平行光管；32、二维摆镜；33、真空低温转台；41、第一平移导轨；51、第三平移导轨；231、第二平移导轨。
具体实施方式
49.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
50.实施例1，参见图1、图7至图10，本发明实施例提供依据本发明的一个方面，提供一种低温真空辐射温度参数校准系统，包括：真空冷舱1，用于模拟低温真空环境；
51.红外温差辐射发射装置2，其设于所述真空冷舱1内，用于发出具有设定温差的第一红外辐射；
52.准直光学装置3，其对应所述红外温差辐射发射装置2设于所述真空冷舱1内，用于接收所述第一红外辐射并将所述第一红外辐射准直处理后发射至目标红外载荷6，以供所述目标红外载荷6进行噪声等效温差校准和/或最小可分辨温差校准和/或最小可探测温差校准。
53.具体地，本低温真空辐射温度参数校准系统主要应用于在轨空间的红外载荷低温辐射温度参数校准，其中，在轨空间即轨道卫星的运行空间；本低温真空辐射温度参数校准系统通过真空冷舱1模拟出与在轨空间相同的低温真空环境；再通过红外温差辐射发射装置2发出具有设定温差的第一红外辐射，并由准直光学装置3接收所述第一红外辐射并将所述第一红外辐射准直处理形成平行辐射束(后文称该平行辐射束为校准光路7)后发射至目标红外载荷6；由于温差确定，通过比对目标红外载荷6的输出信号和或目标红外载荷6的输出信号在特定条件下的计算得值，便能实施红外载荷的校准；
54.其中，所述设定温差根据辐射温度参数校准需求人为限定，使得后续目标红外载荷6针对与辐射温度相关性高的参数校准时，即使得目标红外载荷进行噪声等效温差校准和/或最小可分辨温差校准和/或最小可探测温差校准得以实现。
55.进一步地，真空冷舱1为：模拟舱，可有效地屏蔽红外和可见光的杂散辐射，形成一个空间模拟环境；模拟舱外部配有各种接口，以实现与抽真空系统、液氮、电缆和数据线的连接，从而实现低温真空环境的模拟、以及数据的传输。
56.优选的，所述低温真空辐射温度参数校准系统，还包括：
57.标准黑体4，其设于所述真空冷舱1内，用于发出温度稳定的第二红外辐射，以供所述目标红外载荷6进行辐射温度、及温度均匀性校准。
58.具体地，标准黑体4可以充满目标红外载荷6的全部视场，其温度可以在150k～250k之间连续变化，以发出温度稳定的第二红外辐射，供目标红外载荷6进行辐射温度、及温度均匀性校准。标准黑体4主要包括：前支撑框架、保温层、辐射板、低温传感器、加热片、液氮制冷板、制冷管路、支架和辅助支撑等。辐射板与前支撑框架之间通过保温层进行隔热保温，降低热传导对辐射板造成热损耗和边缘散热，提高辐射面的温场均匀性。加热片通过低温导热胶粘贴在辐射板背面，液氮制冷板通过螺钉安装在加热片后面，通过三行五列螺钉安装在辐射板上，并用前支撑框架与辐射板锁死，确保辐射板、加热片与液氮冷板紧密接触并且受力均匀，进一步提高了辐射板温场均匀性。液氮制冷板的进口和出口与波纹管直接焊接，波纹管另一端通过过渡法兰结构引出真空舱外，与舱外液氮罐相连。
59.进一步地，本系统还包括第一平移导轨41，该第一平移导轨41对应所述校准光路7设置，所述标准黑体4活动安装在该第一平移导轨41上，通过移动标准黑体4，可以切换标准黑体4阻挡所述校准光路7及不阻挡所述校准光路7两种状态，在校准辐射温度、辐射温度均匀性时，移动标准黑体4使其阻挡所述校准光路7，使目标红外载荷6只能接收到标准黑体4发出的第二红外辐射，从而实现辐射温度、辐射温度均匀性的校准；在校准噪声等效温差、最小可分辨温差、最小可探测温差时，移动标准黑体4使其不阻挡所述校准光路7，从使目标红外载荷6只能接收到准直光学装置3输出的校准光路7，从而实现噪声等效温差、最小可分辨温差、最小可探测温差的校准；
60.换言之，所述目标红外载荷6在实施温度参数校准时，无需更改目标红外载荷6的位置或朝向，可保证校准的可靠性。
61.优选的，所述红外温差辐射发射装置2包括：
62.靶标组件，其具有若干透光靶标23；
63.背景黑体21，其对应所述透光靶标23的反射面设置，用于向所述透光靶标23发出温度稳定的第三红外辐射；
64.目标黑体22，其对应所述透光靶标23的背面设置，用于向所述透光靶标23发出温度稳定的第四红外辐射；
65.其中，所述第三红外辐射经所述透光靶标23的反射面反射，所述第四红外辐射穿过所述透光靶标23，与所述第三红外辐射结合形成所述具有设定温差的第一红外辐射。
66.具体地，目标黑体22及背景黑体21主要包括：黑体辐射源、连接电缆、穿墙航插、液氮流程以及温度控制系统等。辐射源放置在真空罐内，提供温度可变、性能稳定的红外辐射源，供准直光学系统使用。控制电缆分为罐内和罐外两部分，通过穿墙航插座实现辐射源与控制器的电气连接。液氮流程通过低温液氮电磁阀调节，可以控制液氮流程的流量，从而可以控制高低温黑体制冷功率。控制系统放置在真空冷舱1外，通过控制器，可实现目标黑体22/背景黑体21的温度显示及设置；目标黑体22的结构原理相同，主要区别在于目标黑体22、背景黑体21输出的辐射温度不同。
67.所述靶标组件包括若干透光靶标23以及第二平移导轨231，所述第二平移导轨231设置在背景黑体21及目标黑体22之间，若干透光靶标23可移动地活动安装在所述第二平移导轨231上，通过移动若干透光靶标23，可以切换不同的透光靶标23，并使该选中的透光靶
标23的反射面对准背景黑体21发出的第三红外辐射，该选中的透光靶标23的背面对准目标黑体22，从而使第三红外辐射经所述透光靶标23的反射面反射，目标黑体22发出的所述第四红外辐射穿过所述透光靶标23与所述第三红外辐射结合形成所述具有设定温差的第一红外辐射。从而实现具有设定温差的第一红外辐射的输出；
68.进而，可根据校准噪声等效温差、最小可分辨温差、最小可探测温差的校准需求切换不同的透光靶标23。
69.在另一较佳的实施例中，所述靶标组件包括不同尺寸的四杆靶、方形靶、圆形靶。
70.优选的，所述准直光学装置3包括：低温平行光管31，其对应红外温差辐射发射装置2的输出端设置，所述第一红外辐射从该低温平行光管31的焦面处射入后从该低温平行光管31的出瞳处射出。
71.具体地，所述低温平行光管31的焦距为3m，所述准直光学装置3还包括平面反射镜24，该平面反射镜24放置于该低温平行光管31的焦面处，通过该平面反射镜24将红外温差辐射发射装置2发出的第一红外辐射从该低温平行光管31的焦面处射入后从该低温平行光管31的出瞳处射出，形成无穷远的、清晰的、均匀的、无渐晕的、具有准确温度的红外辐射。从而使得红外温差辐射发射装置2发出的第一红外辐射能清晰、精确且平行地发送到目标红外负载，使目标红外负载的在进行噪声等效温差、最小可分辨温差、最小可探测温差的校准；无需考虑漫反射对校准结果的影响，使得低温真空环境中噪声等效温差、最小可分辨温差、最小可探测温差的校准成为可能，并且提高校准精度，提高校准效率。
72.优选的，所述准直光学装置3还包括：二维摆镜32，其分别对应所述准直光学装置3、目标红外载荷6设置，用于将所述准直光学装置3准直处理后发射出的所述第一红外辐射扫描在所述目标红外载荷6上；真空低温转台33，所述二维摆镜32活动安装在该真空低温转台33上，用于驱使所述二维摆镜32转动。
73.具体地，所述真空低温转台33为二轴转台，通过二轴转台带动二维摆镜32的二维摆动；一方面，将准直光学装置3发出的校准光路7，即低温平行光管31发出的校准光路7扫描至目标红外负载；另一方面，将低温平行光管31发出校准光路7扫描至下文中叙述的红外标准辐射计，从而分别实现目标红外负载的辐射温度参数校准，以及辐射温度参数校准前对低温平行光管31发出的校准光路7的温度校准，保证校准光路7的温差与设定温差相同，从而提高校准精度。
74.进一步地，二轴转台在真空低温环境下性能会大大下降，转台内部的电机、运动机构均需要进行保温处理，处理后外部覆盖多层，运动部分润滑油脂在真空下无法使用，而且常规的真空脂也无法在低温环境下使用。故本实施例中，使用二硫化钼作为固体润滑剂镀在运动机构上，可靠性高且利于保养。为了保证校准精度，该真空低温转台33选取角度控制精度为10
″
的二轴转台；并且该二轴转台通过一隔振平台安装在所述真空冷舱1内，并且该二轴转台的支撑脚穿过所述隔振平台和真空冷舱1直接安装在系统外的隔振地基上；并且该二轴转台的支撑脚通过波纹管包覆，与真空冷舱1形成真空环境。其中，所述隔振平台、隔振地基分别为用隔振材料制成或设有隔振弹簧的平台、地基。
75.再者，二维摆镜32使用微晶材料，微晶材料膨胀系数较低，在低温环境下表面形变较小，为了减少二维摆镜32固定时由于前表面压接造成的其反射面面型的变化，将微晶镜片后方加工出一凸台，使用粘合剂固定于一固定结构上，保证二维摆镜32的前表面，即反射
面不承受压力；二维摆镜32表面镀有介质膜，可以在8μm～12μm波段实现高反射率，二维摆镜32固定于真空低温转台33上，随着转台的运动而运动，也就是说，二维摆镜32配合低温平行光管31可以形成一定范围内运动目标的模拟，低温平行光管31发出的校准光路7扫描至目标红外负载；配合红外标准辐射计可以形成扫描辐射计，对低温平行光管31发出的每一个方向的辐射温度进行测量。
76.需要注意的是，所述校准光路7也包含二维摆镜32将其反射扫描至目标红外载荷6的路径。
77.优选的，若干所述透光靶标23至少包括方形靶、圆形靶、四杆靶。
78.具体地，透光靶标23使用紫铜材料，其热导率较高，热容较小，可以产生均匀的温场，靶标抛光后镀高反射率金膜，其有效反射率可达到0.99，以反射背景黑体21辐射，形成低温的所述第三红外辐射；透光靶标23的背面正对目标黑体22，透光靶标23的背面也抛光，并覆盖使用多层包裹，防止被目标黑体22加热；
79.进一步地，方形靶、圆形靶、四杆靶的区别在于贯穿起背面及反射面设有不同形状的透光孔，该透光孔分别呈方形、圆形、四杆形；由于噪声等效温差校准值为所述目标红外载荷6观察方形靶或圆形靶时，其输出信号的信噪比为1时，目标黑体22输出的第二红外辐射及背景黑体21输出的第三红外辐射之间的等效温差；最小可分辨温差校准值为所述目标红外载荷6观察四杆靶时，所述目标黑体22输出的第二红外辐射在所述背景黑体21输出的第三红外辐射中被观察出的正温差与负温差平均值；最小可探测温差校准值为所述目标红外载荷6观察圆形靶时，所述目标黑体22输出的第二红外辐射在所述背景黑体21输出的第三红外辐射中被观察出的正温差与负温差平均值；故若干所述透光靶标23至少包括方形靶、圆形靶、四杆靶，以满足校准噪声等效温差、最小可分辨温差、最小可探测温差的校准需求。
80.在另一较佳的实施方式中，本系统还包括：红外标准辐射计5、以及第三平移导轨51，所述第三平移导轨51设置在第一平移导轨41及目标红外负载之间，所述红外标准辐射计5活动安装在所述第三平移导轨51上，即可通过移动红外标准辐射计5在所述第三平移导轨51上的位置，可使红外标准辐射计5切换阻挡或不阻挡校准光路7两种状态，配合标准黑体4的移动；该红外标准辐射计5可在使用前，移动标准黑体4至阻挡校准光路7、移动红外标准辐射计5至阻挡校准光路7，实现对红外标准辐射计5的标定；在使用时，移动标准黑体4至不阻挡校准光路7、移动红外标准辐射计5至阻挡校准光路7，从而实现对校准光路7的标定。从而大幅提高了本系统用于在轨空间的辐射温度参数校准精度，解决了在轨空间的辐射温度参数难以校准，测试数据准确度无法评定，使得红外载荷低温红外目标探测性能测试产生了隐患的问题。
81.进一步地，红外标准辐射计5主要由以下几个主要部件构成：光学系统，调制器、冷光阑、红外探测器组件、调制控制器、锁相放大器、数据采集处理及控制器。此外，还包括机械结构、系统附件等。调制器放置在光学成像系统与红外探测器组件之间，对被测光辐射进行调制，其作用是将直流光辐射调制为脉冲光辐射，并产生同步信号，作为锁相放大器的同步输入。红外探测器组件为单元红外制冷探测器，选择液氮制冷探测器，并自带前置放大器，将放大后的信号连接到锁相放大器上，锁相放大器处理后输出，再经数据采集处理及控制器采集处理后，由系统软件存储，作为最终测量数据。另外，为屏蔽杂散辐射，在红外探测
器前设计冷光阑。
82.此外，本系统还包括用于承载上述除真空冷舱1外所有组件的的光学平台，该光学平台使用不锈钢台面，平台上表面配有m6螺纹孔，平台下方进行减重处理，平台上布有多个温度采集点，可以实时采集平台温度。平台上焊接三块殷钢板，用于平行光管定位使用，平台表面涂有高发射率黑漆，具有较高的发射率和吸收率，可以消除进入光学系统的杂散光。
83.且由于本系统的精密度要求高，对震动等影响极为敏感，为了保证其能正常工作，因此光学平台需进行隔振设计，平台自身需安装在隔振地基上，其支撑部分通过波纹管穿过真空舱壁，由于校准装置中的真空低温转台33也需固定在隔振地基上，因此光学平台中预留真空低温转台33安装孔。
84.进一步地，本系统还包括温度测量及热控分系统：其包括温度检测部件，该温度监测部件主要包括三部分。平面反射镜24在回温回压过程中，为防止光学镜片遭受污染，需要提前将平面反射镜24升温至常温附近；为保证真空低温转台33在真空低温情况下正常工作，需要将真空低温转台33控制在一定的温度范围，这样不至于在真空低温条件下运动结构由于热胀冷缩而产生抱死现象；从而，对低温平行光管31的机械支撑结构、平面反射镜24以及红外标准辐射计5的温度进行实时监测，获取低温光机结构的温场分布，确定系统是否达到热平衡。提高本系统用于进行辐射温度参数校准的可靠性。
85.此外，所述目标黑体22、背景黑体21、标准黑体4采用分级制冷的方式。
86.经多次试验后，本系统的技术指标如下：校准波段：8μm～12μm；辐射温度校准范围：150k～25ok；辐射温度测量不确定度：0.5k；辐射温度均匀性测量不确定度：0.5k；netd测量不确定度：20mk；mrtd测量不确定度：30mk；mdtd测量不确定度：30mk。
87.参见图1至图10，依据本发明的另一个方面，还提供一种低温真空辐射温度参数校准方法，包括：
88.步骤201，获取辐射温度目标值、辐射温度校准值，所述辐射温度目标值为标准黑体4发出的第一红外辐射的辐射温度，所述辐射温度校准值为目标红外载荷6观察所述第一红外辐射所测得的辐射温度；
89.步骤202，比对所述辐射温度目标值、辐射温度校准值；
90.步骤203，校准所述目标红外载荷6的辐射温度；
91.具体地，根据辐射温度的校准表达式：
92.tz＝tb93.式中，tb为辐射温度目标值：发出的第一红外辐射的辐射温度，一般根据校准需求人为设定；tz为辐射温度校准值：标准黑体4发出的第一红外辐射的辐射温度；从而可通过直接接收标准黑体4发出的第一红外辐射来进行目标红外载荷6的辐射温度校准；
94.具体到本实施例中，通过移动标准黑体4在第一平移导轨41上的位置，切换到标准黑体4阻挡所述校准光路7的状态，使目标红外载荷6只能接收到标准黑体4发出的辐射，从而可根据辐射温度目标值直接调整辐射温度校准值，实现目标红外载荷6的辐射温度校准。
95.步骤301，获取若干像元辐射温度，若干所述像元辐射温度为所述目标红外载荷6的不同像元所测得的辐射温度；
96.步骤302，获取标准偏差目标值、标准偏差校准值，所述标准偏差目标值为所述标准偏差校准值校准的目标值，所述标准偏差校准值为若干所述像元辐射温度的标准偏差；
97.本步骤于实施时，通过如下公式计算标准偏差校准值：
[0098][0099]
式中，为n个所述像元辐射温度的平均值；ti为第n个像元辐射温度。
[0100]
步骤303，比对所述标准偏差目标值、标准偏差校准值；
[0101]
步骤304，校准所述目标红外载荷6的辐射温度均匀性。
[0102]
具体地，目标红外载荷6的辐射温度均匀性指的是在同一时间内不同位置的温度均匀程度，故可通过采样目标红外载荷6不同像元的信号输出，即若干像元辐射温度(所述目标红外载荷6的不同像元所测得的辐射温度)，从而获取若干所述像元辐射温度的标准偏差；所述标准偏差目标值为所述标准偏差校准值校准的目标值，指的是当目标红外辐射的辐射温度均匀性校准到目标水平时，目标红外辐射的不同像元所测得的辐射温度的标准偏差应该与所述标准偏差目标值相同；也就是说，当标准偏差目标值确定时，通过比对标准偏差目标值、标准偏差校准值，便可实现对目标红外载荷6的辐射温度均匀性的校准。其中，所述标准偏差目标值一般根据校准需求人为设定。
[0103]
具体到本实施例中，通过移动标准黑体4在第一平移导轨41上的位置，切换到标准黑体4阻挡所述校准光路7的状态，使目标红外载荷6能接收到标准黑体4发出的辐射，从而可根据标准偏差目标值、标准偏差校准值调整目标红外载荷6的标准偏差校准值，实现目标红外载荷6的温度均匀性校准。
[0104]
优选的，所述低温真空辐射温度参数校准方法，还包括：
[0105]
步骤401，获取噪声等效温差目标值、噪声等效温差校准值，所述噪声等效温差目标值为所述目标红外载荷6的噪声等效温差校准的目标值，所述噪声等效温差校准值为所述目标红外载荷6观察方形靶或圆形靶时，其输出信号的信噪比为1时，目标黑体22输出的第二红外辐射及背景黑体21输出的第三红外辐射之间的等效温差；
[0106]
本步骤于实施时，通过如下公式计算噪声等效温差校准值：
[0107][0108]
式中，vs与vn分别为目标红外载荷6输出信号与输出噪声的电压值，netd为噪声等效温差；另外，目标红外载荷6输出信号的信噪比为1，所述信噪比即目标红外载荷6输出信号峰值与目标红外载荷6的噪声信号均方根之比。
[0109]
步骤402，比对所述噪声等效温差校准值、噪声等效温差目标值；
[0110]
步骤403，校准所述目标红外载荷6的噪声等效温差。
[0111]
具体地，噪声等效温差也就是热灵敏度，即目标红外载荷6能探测到的最小温差；故可通过调整目标红外载荷6输出信号的信噪比，获得在其输出信号的信噪比为1时，目标黑体22输出的第二红外辐射及背景黑体21输出的第三红外辐射之间的等效温差；所述噪声等效温差目标值为所述噪声等效温差校准值校准的目标值，指的是当目标红外辐射的噪声等效温差校准到目标水平时，目标红外辐射的噪声等效温差校准值应该与所述噪声等效温差目标值相同；也就是说，当噪声等效温差目标值确定时，便可通过比对噪声等效温差校准值、噪声等效温差目标值实现目标红外辐射的噪声等效温差校准。其中，所述噪声等效温差
目标值一般根据校准需求人为设定。
[0112]
进一步地，所述目标红外载荷6输出信号的电压值、目标红外载荷6输出噪声的电压值的计算过程为：先求出目标红外载荷6接收到的辐射功率，再求出由于第二红外辐射、第三红外辐射温差引起的接收功率的差异，继而求得目标红外载荷6的电压变化量及信噪比，从而求得目标红外载荷6输出信号的电压值、目标红外载荷6输出噪声的电压值。
[0113]
具体到本实施例中，通过移动标准黑体4在第一平移导轨41上的位置，切换到标准黑体4不阻挡所述校准光路7的状态，使目标红外载荷6能接收到校准光路7；通过移动若干透光靶标23在第二导轨上的位置，使方形靶/圆形靶的反射面对准背景黑体21发出的第二红外辐射，方形靶/圆形靶的背面对准目标黑体22，从而使背景黑体21发出的第三红外辐射经所述方形靶/圆形靶的反射面反射，目标黑体22发出的第二红外辐射穿过方形靶/圆形靶与所述第三红外辐射结合形成所述具有设定温差的第一红外辐射，该第一红外辐射经低温平行光管31准直后形成所述校准光路7；从而实现目标红外载荷6观察标准黑体4到观察方形靶或圆形靶的状态切换；此时，调整目标红外载荷6输出信号的信噪比，便能获得在其输出信号的信噪比为1时，目标黑体22输出的第二红外辐射及背景黑体21输出的第三红外辐射之间的等效温差；再确定噪声等效温差目标值，便可通过比对噪声等效温差校准值、噪声等效温差目标值实现目标红外辐射的噪声等效温差校准。
[0114]
优选的，所述低温真空辐射温度参数校准方法，还包括：
[0115]
步骤501，获取最小可分辨温差目标值、最小可分辨温差校准值，所述最小可分辨温差目标值为所述目标红外载荷6的最小可分辨温差校准的目标值，所述最小可分辨温差校准值为所述目标红外载荷6观察四杆靶时，所述目标黑体22输出的第二红外辐射在所述背景黑体21输出的第三红外辐射中被观察出的正温差与负温差平均值；
[0116]
本步骤于实施时，通过如下公式计算最小可分辨温差校准值：
[0117][0118]
式中，δt1为目标黑体22输出的第二红外辐射在背景黑体21输出的第三红外辐射中被观察出的正温差；δt2为目标黑体22输出的第二红外辐射在背景黑体21输出的第三红外辐射中被观察出的负温差；mrtd为最小可分辨温差；
[0119]
步骤502，比对所述最小可分辨温差目标值、最小可分辨温差校准值；
[0120]
步骤503，校准所述目标红外载荷6的最小可分辨温差。
[0121]
具体地，最小可分辨温差是综合评价目标红外载荷6的温度分辨力和空间分辨力的重要参数。其定义为：对于处于均匀黑体背景中具有某一空间频率的高宽比1比7的四个条带黑体目标的标准条带图案，由观察者在显示屏上作无限长时间的观察。当目标与背景之间额温差从零逐渐增大到观察者确认能分辨出四个条带的目标图案为止，此时目标与背景之间的温差成为该空间频率下的最小可分辨温差；上述目标指的是目标黑体22输出的第二红外辐射，上述背景指的是背景黑体21输出的第三红外辐射；也就是说，当最小可分辨温差目标值确定时，便可通过比对最小可分辨温差校准值、最小可分辨温差目标值实现目标红外辐射的最小可分辨温差校准。其中，所述噪最小可分辨温差目标值一般根据校准需求人为设定。
[0122]
具体到本实施例中，通过移动标准黑体4在第一平移导轨41上的位置，切换到标准
黑体4不阻挡所述校准光路7的状态，使目标红外载荷6能接收到校准光路7；通过移动若干透光靶标23在第二导轨上的位置，使四杆靶的反射面对准背景黑体21发出的第二红外辐射，四杆靶的背面对准目标黑体22，从而使第二红外辐射经所述四杆靶的反射面反射，目标黑体22发出的第二红外辐射穿过四杆靶与所述第三红外辐射结合形成所述具有设定温差的第一红外辐射，该第一红外辐射经低温平行光管31准直后形成所述校准光路7；从而实现目标红外载荷6观察标准黑体4到观察四杆靶的状态切换；此时，调整目标黑体22输出的第二红外辐射与背景黑体21输出的第三红外辐射之间的温度差，该温度差从零逐渐增大到观察者能分辨出四个条带的目标图案为止；从而可根据最小可分辨温差的公式计算出最小可分辨温差校准值，再确定最小可分辨温差目标值，便可通过比对最小可分辨温差校准值、最小可分辨温差目标值实现目标红外辐射的最小可分辨温差校准。
[0123]
优选的，所述低温真空辐射温度参数校准方法，还包括：
[0124]
步骤601，获取最小可探测温差目标值、最小可探测温差校准值，所述最小可探测温差目标值为所述目标红外载荷6的最小可探测温差校准的目标值，所述最小可探测温差校准值为所述目标红外载荷6观察圆形靶时，所述目标黑体22输出的第二红外辐射在所述背景黑体21输出的第三红外辐射中被观察出的正温差与负温差平均值；
[0125]
本步骤于实施时，通过如下公式计算最小可探测温差校准值：
[0126][0127]
式中，δt1为目标黑体22输出的第二红外辐射在背景黑体21输出的第三红外辐射中被观察出的正温差；δt2为目标黑体22输出的第二红外辐射在背景黑体21输出的第三红外辐射中被观察出的负温差；mdtd为最小可探测温差；
[0128]
步骤602，比对所述最小可探测温差目标值、最小可探测温差校准值；
[0129]
步骤603，校准所述目标红外载荷6的最小可探测温差。
[0130]
具体地，最小可探测温差是估算目标载荷用于观察点源目标的可探测性的重要参数，是将噪声等效温差与最小可分辨温差的概念作了取舍后而得出的。最小可探测温差仍是采用最小可分辨温差相同的观察方式，由观察者刚能分辨出目标图案时的第二红外辐射与第三红外辐射间的温差来定义。但最小可探测温差所观察的目标为单个圆形，并且该圆形的尺寸可调整；也就是说，调整目标载荷观察圆形靶，当最小可探测温差目标值确定时，便可通过比对最小可探测温差校准值、最小可探测温差目标值实现目标红外辐射的最小可探测温差校准。其中，所述噪最小可探测温差目标值一般根据校准需求人为设定。
[0131]
具体到本实施例中，通过移动标准黑体4在第一平移导轨41上的位置，切换到标准黑体4不阻挡所述校准光路7的状态，使目标红外载荷6能接收到校准光路7；通过移动若干透光靶标23在第二导轨上的位置，使圆形靶的反射面对准背景黑体21，从而使背景黑体21发出的第三红外辐射经所述圆形靶的反射面反射，目标黑体22发出的第二红外辐射穿过圆形靶与所述第三红外辐射结合形成所述具有设定温差的第一红外辐射，该第一红外辐射经低温平行光管31准直后形成所述校准光路7；从而实现目标红外载荷6观察标准黑体4到观察圆形靶的状态切换；此时，调整目标黑体22输出的第二红外辐射与背景黑体21输出的第三红外辐射之间的温度差，该温度差从零逐渐增大到观察者能分辨出目标图案为止；从而可根据最小可探测温差的公式计算出最小可探测温差校准值，再确定最小可探测温差目标
值，便可通过比对最小可探测温差校准值、最小可探测温差目标值实现目标红外辐射的最小可探测温差校准。
[0132]
在另一较佳的实施场景中，在获取噪声等效温差目标值、噪声等效温差校准值/获取最小可分辨温差目标值、最小可分辨温差校准值/获取最小可探测温差目标值、最小可探测温差校准值之前，需要对校准光路7的温差进行标定：
[0133]
通过移动标准黑体4在第一平移导轨41上的位置，切换到标准黑体4不阻挡所述校准光路7的状态；移动红外标准辐射计5在第三导轨上的位置，将红外标准辐射计5移入校准光路7，切换到红外标准辐射计5接收校准光路7的状态；此时只需采集红外标准辐射计5的输出信号，再将其与第一红外辐射的设定温差做比对，即能完成对校准光路7的标定。其中，对校准光路7的标定也就是对低温平行光管31的标定。
[0134]
进一步地，在通过红外标准辐射计5进行校准光路7的标定前，还需对红外表准辐射计进行标定：
[0135]
通过移动标准黑体4在第一平移导轨41上的位置，切换到标准黑体4阻挡所述校准光路7的状态；移动红外标准辐射计5在第三导轨上的位置，将红外标准辐射计5移入校准光路7，使标准黑体4覆盖红外标准辐射计5的全部视场并且提供标准红外辐射，采集并处理红外标准辐射计5的输出信号，再将其与标准红外辐射进行比对，即能完成对红外标准辐射计5的标定。
[0136]
依据本发明的另一个方面，还提供一种计算机系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上任一所述的低温真空辐射温度参数校准方法。
[0137]
依据本发明的另一个方面，还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一所述的低温真空辐射温度参数校准方法。
[0138]
进一步地，本发明还提供浅而易见的实施例2，结合辐射温度校准系统与辐射温度校准方法，实施针对在轨空间的目标红外载荷6的温度参数校准；
[0139]
首先，校准光路7包含低温平行光管31接具有设定温差的第一红外辐射并将所述第一红外辐射准直处理后输出的路径、及二维摆镜32将其反射扫描至目标红外载荷6的路径。
[0140]
进行对红外标准辐射计5的标定：移动标准黑体4在第一平移导轨41上的位置，切换到标准黑体4阻挡校准光路7的状态，移动红外标准辐射计5在第三导轨上的位置，将红外标准辐射计5移入所述校准光路7，使标准黑体4覆盖红外标准辐射计5的全部视场并且提供标准红外辐射，采集并处理红外标准辐射计5的输出信号，再将其与标准红外辐射进行比对，完成对红外标准辐射计5的标定；
[0141]
进行对校准光路7的标定：移动标准黑体4在第一平移导轨41上的位置，切换到标准黑体4不阻挡所述校准光路7的状态；移动红外标准辐射计5在第三导轨上的位置，将红外标准辐射计5移入校准光路7，切换到红外标准辐射计5接收校准光路7的状态；采集红外标准辐射计5的输出信号，再将其与第一红外辐射的设定温差做比对，完成对校准光路7的标定；
[0142]
进行对目标红外载荷6的辐射温度校准：移动标准黑体4在第一平移导轨41上的位
置，切换到标准黑体4阻挡所述校准光路7的状态，使目标红外载荷6只能接收到标准黑体4发出的辐射，根据辐射温度目标值直接调整辐射温度校准值，实现目标红外载荷6的辐射温度校准；
[0143]
进行对目标红外载荷6的温度均匀性校准校准，设定一标准偏差目标值，通过移动标准黑体4在第一平移导轨41上的位置，切换到标准黑体4阻挡所述校准光路7的状态，使目标红外载荷6能接收到标准黑体4发出的辐射，采样目标红外载荷6不同像元的信号输出，即若干像元辐射温度(所述目标红外载荷6的不同像元所测得的辐射温度)，从而获取若干所述像元辐射温度的标准偏差；根据标准偏差目标值、标准偏差校准值调整目标红外载荷6的标准偏差校准值，完成目标红外载荷6的温度均匀性校准；
[0144]
进行对目标红外辐射的噪声等效温差校准，设定一噪声等效温差目标值，通过移动标准黑体4在第一平移导轨41上的位置，切换到标准黑体4不阻挡所述校准光路7的状态，使目标红外载荷6能接收到校准光路7；通过移动若干透光靶标23在第二导轨上的位置，使方形靶/圆形靶的反射面对准背景黑体21发出的第二红外辐射，方形靶/圆形靶的背面对准目标黑体22，从而使背景黑体21发出的第三红外辐射经所述方形靶/圆形靶的反射面反射，目标黑体22发出的第二红外辐射穿过方形靶/圆形靶与所述第三红外辐射结合形成所述具有设定温差的第一红外辐射，该第一红外辐射经低温平行光管31准直后形成所述校准光路7；从而实现目标红外载荷6观察标准黑体4到观察方形靶或圆形靶的状态切换；此时，调整目标红外载荷6输出信号的信噪比，获得在其输出信号的信噪比为1时，目标黑体22输出的第二红外辐射及背景黑体21输出的第三红外辐射之间的等效温差；比对噪声等效温差校准值、噪声等效温差目标值实现目标红外辐射的噪声等效温差校准；
[0145]
进行对目标红外辐射的最小可分辨温差校准，设定一最小可分辨温差目标值，移动标准黑体4在第一平移导轨41上的位置，切换到标准黑体4不阻挡所述校准光路7的状态，使目标红外载荷6能接收到校准光路7；通过移动若干透光靶标23在第二导轨上的位置，使四杆靶的反射面对准背景黑体21发出的第二红外辐射，四杆靶的背面对准目标黑体22，从而使第二红外辐射经所述四杆靶的反射面反射，目标黑体22发出的第二红外辐射穿过四杆靶与所述第三红外辐射结合形成所述具有设定温差的第一红外辐射，该第一红外辐射经低温平行光管31准直后形成所述校准光路7；从而实现目标红外载荷6观察标准黑体4到观察四杆靶的状态切换；此时，调整目标黑体22输出的第二红外辐射与背景黑体21输出的第三红外辐射之间的温度差，该温度差从零逐渐增大到观察者能分辨出四个条带的目标图案为止；从而可根据最小可分辨温差的公式计算出最小可分辨温差校准值，比对最小可分辨温差校准值、最小可分辨温差目标值实现目标红外辐射的最小可分辨温差校准。
[0146]
进行对目标红外辐射的最小可探测温差校准，设定一最小可探测温差目标值，移动标准黑体4在第一平移导轨41上的位置，切换到标准黑体4不阻挡所述校准光路7的状态，使目标红外载荷6能接收到校准光路7；通过移动若干透光靶标23在第二导轨上的位置，使圆形靶的反射面对准背景黑体21，从而使背景黑体21发出的第三红外辐射经所述圆形靶的反射面反射，目标黑体22发出的第二红外辐射穿过圆形靶与所述第三红外辐射结合形成所述具有设定温差的第一红外辐射，该第一红外辐射经低温平行光管31准直后形成所述校准光路7；从而实现目标红外载荷6观察标准黑体4到观察圆形靶的状态切换；此时，调整目标黑体22输出的第二红外辐射与背景黑体21输出的第三红外辐射之间的温度差，该温度差从
零逐渐增大到观察者能分辨出目标图案为止；从而根据最小可探测温差的公式计算出最小可探测温差校准值，再确定最小可探测温差目标值，比对最小可探测温差校准值、最小可探测温差目标值实现目标红外辐射的最小可探测温差校准。
[0147]
本发明系统设计合理巧妙，通过真空冷舱1模拟出与在轨空间相同的低温真空环境，再通过红外温差辐射发射装置2发出具有设定温差的第一红外辐射，并由准直光学装置3接收所述第一红外辐射并将所述第一红外辐射准直处理后发送至目标红外载荷6；结合本发明的低温真空辐射温度参数校准方法，执行对目标红外载荷6的辐射温度校准、温度均匀性校准、噪声等效温差校准、最小可分辨温差校准、及最小可探测温差校准，实现了对辐射温度参数的校准溯源；解决了在轨空间的辐射温度参数难以校准，测试数据准确度无法评定，使得红外载荷低温红外目标探测性能测试产生了隐患的问题；结合第一、第二、第三平移导轨51，可根据校准需求，分别调整标准黑体4、标准红外辐射计、及透光靶标23所处位置，即目标红外载荷6在实施温度参数校准时，无需移动或改变朝向，可保持不同参数之间的校验环境的一致性，大幅提高校准精度。
[0148]
应理解，在本发明的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
[0149]
还应理解，在本发明实施例中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0150]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0151]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0152]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。
[0153]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
[0154]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的
单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0155]
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机系统(可以是个人计算机，服务器，或者网络系统等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0156]
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。