导弹制导控制系统原理导弹制导系统原理Missileguidancesystem导弹制导系统原理第一篇第一篇 红外制导系统原理红外制导系统原理 一、红外基础知识概述一、红外基础知识概述 二、基于点目标跟追的红外导引系统原理二、基于点目标跟追的红外导引系统原理 三、基于红外线的导引系统原理三、基于红外线的导引系统原理第二篇第二篇 雷达制导系统原理雷达制导系统原理 一、雷达导引头概论一、雷达导引头概论 二、雷达导引头基础二、雷达导引头基础 三、半主动连续波雷达导引头三、半主动连续波雷达导引头 四、主动雷达导引头四、主动雷达导引头第一章红外基础知识概论第一章红外基础知识概述1.1红外技术的应用1.2红外辐射及基本性质1.3红外辐射术语1.4目标辐射和背景辐射第一章红外基础知识概述1.1红外技术的应用1800年,赫谢尔在观测太阳时,用灵敏温度计比较太阳光谱中不同部分的加热能力时,发现越向光谱的红端移动,温度升得越高,赫谢尔就是这样发现了红外线。红外线的发现在物理学发展史上却有重要意义.目前红外技术已在军事及国民经济的各个领域得到广泛的应用.赫谢尔第一章红外基础知识概述1.红外技术在军事方面的应用热成象红外制导导弹热成象红外制导导弹短程红外制导空空导弹短程红外制导空空导弹(1)红外制红外制导导 (2)军事侦察军事侦察 二次大战以来，就对被动红外侦察进行着持续不断的研究。 早期美国在U2飞机上安装了红外照相机六十年代末，出现了前视红外(热象仪)，使实时侦察能力大为增强。 U2-2U2-2飞机飞机第一章红外基础知识概述第一章红外基础知识概述2.红外技术在国民经济方面的应用红外测温仪红外测温仪红外遥感仪红外遥感仪第一章红外基础知识概述1.2 1.2 红外辐射及基本性质红外辐射及基本性质电磁波谱电磁波谱1. 红外辐射 自然界的物质都在不停的发射和吸收电磁辐射。我们日常生活受到的各种辐射，如紫外线、热辐射等，本质上都是电磁辐射，都具有波动性，又称电磁波。第一章红外基础知识概述2.红外线的基本性质红外光可见光相同点(1)都是电磁波都是电磁波 ,具有波动性和粒子性。具有波动性和粒子性。(2)直线传播直线传播,服从折射和反射定理服从折射和反射定理,具具有干涉、衍射、绕射偏振有干涉、衍射、绕射偏振不同点不可见可见波长较长波长较短有明显的热效应热效应不很明显第一章红外基础知识概述 1.基本辐射量 (1)(1)辐射功率辐射功率 定义:单位时间内发射的辐射能。 单位：W(J/s) 瓦（焦耳/秒） 公式：1.3 1.3 红外辐射术语红外辐射术语(2) 辐射度 定义定义: :源的单位表面源的单位表面积向半球空间发射的积向半球空间发射的辐射功率辐射功率 单位单位:W/m2:W/m2 公式公式: :第一章红外基础知识概述第一章红外基础知识概述(3)(3)辐射强度辐射强度 定义定义: :是描述点源是描述点源 特特性的辐射量。性的辐射量。 单位单位:W/m:W/m2 2 公式公式: :第一章红外基础知识概述(4)(4)辐亮度辐亮度定义定义: :扩展源在该方向上单位投影面积向单位立扩展源在该方向上单位投影面积向单位立体体 角发射的角发射的 辐射功率。辐射功率。 单位单位: :瓦瓦米米-2-2球面度球面度-1-1 公式公式: :第一章红外基础知识概述(5)辐照度定义定义: :某被照表面上位置某被照表面上位置x x附近的小面积接收的辐附近的小面积接收的辐射功率与此面积的比的极限射功率与此面积的比的极限。 单位单位:w/m:w/m2 2 公式公式: :第一章红外基础知识概述2.光谱辐射量前面的基本辐射量，默认为这些辐射量包含前面的基本辐射量，默认为这些辐射量包含了波长了波长 从从0 0到到的全部辐射，因此也把它们叫的全部辐射，因此也把它们叫做全辐射量。如果我们关心的是在某特定波长附做全辐射量。如果我们关心的是在某特定波长附近的辐射特性，那么，就可以在指定波长处取一近的辐射特性，那么，就可以在指定波长处取一个小的波长间隔。个小的波长间隔。光谱辐射分析仪光谱辐射分析仪第一章红外基础知识概述 设在此小波长间隔内的辐射量设在此小波长间隔内的辐射量X X( (可以泛指可以泛指P P、M M、I I、L L和和E)E)的增量为，则与的增量为，则与之比的之比的 极限值就定义为相应的光谱辐射极限值就定义为相应的光谱辐射量。量。 基本辐射与光谱辐射量之间的关系基本辐射与光谱辐射量之间的关系: :辐射功率辐射功率-光谱辐射功率光谱辐射功率 辐射度辐射度 - 光谱辐射度光谱辐射度 辐射强度辐射强度- 光谱辐射强度光谱辐射强度 辐亮度辐亮度 - 光谱辐亮度光谱辐亮度 辐照度辐照度 - 光谱辐照度光谱辐照度 第一章红外基础知识概述3.基尔霍夫定律在任一给定的温度下，物体的辐射度与其吸收率的比值等于同温度下黑体的辐射度 在一定温度下，物体对某一波长的吸收率越大，则物体在该波长上的辐射度也越大。基尔霍夫第一章红外基础知识概述1.41.4目标辐射和背景辐射目标辐射和背景辐射背景辐射航空目标辐射 目标和背景都有一定的温度，都能辐射红外线，它们又都有着本身的特殊点。 我们分别来介绍目标和背景辐射的一些情形，从中了解它们的特殊点。第一章红外基础知识概述第一章红外基础知识概述1.航空目标辐射我们以喷气式发动机的飞机辐射特性及飞机气我们以喷气式发动机的飞机辐射特性及飞机气动加热的辐射特性为例，来介绍航空目标辐射。动加热的辐射特性为例，来介绍航空目标辐射。4架米格29战斗机某喷气式飞机第一章红外基础知识概述第一章红外基础知识概述 (1)(1)航空目标辐射航空目标辐射我们以我们以喷气式喷气式发动机的飞机辐射特性及飞机气发动机的飞机辐射特性及飞机气动加热的辐射特性为例，来介绍航空目标辐射。动加热的辐射特性为例，来介绍航空目标辐射。 喷气式飞机辐射喷气式飞机辐射飞机因气动加热而产生的辐射飞机因气动加热而产生的辐射 废气辐射废气辐射 尾喷管加热部分的辐射尾喷管加热部分的辐射（2 2）背景辐射）背景辐射太阳及月亮辐射：太阳及月亮辐射：太阳是距我们最近的一颗恒星，它本身是一个巨大的炽热太阳是距我们最近的一颗恒星，它本身是一个巨大的炽热气体球，通常可以把太阳看作是温度为气体球，通常可以把太阳看作是温度为6000K6000K的绝对的绝对黑体黑体。月亮主要靠反射太阳辐射而产生辐射。月亮主要靠反射太阳辐射而产生辐射。 太阳辐射夜天辐射（3)3)大气辐射大气辐射 大气所含气体分子、水蒸汽、二氧化碳大气所含气体分子、水蒸汽、二氧化碳等微粒都对太阳及月亮辐射产生散射及吸等微粒都对太阳及月亮辐射产生散射及吸收等现象，因而产生大气的散射辐射及本收等现象，因而产生大气的散射辐射及本射的热辐射。射的热辐射。 一年的大气辐射图1.大气的组成情况及对红外线的衰减作用 研究大气衰减就是研究上述物质对红外线的衰减研究大气衰减就是研究上述物质对红外线的衰减作作 用。考虑到大气衰减作用后，红外辐射通过大用。考虑到大气衰减作用后，红外辐射通过大气的透过率可以表示如下：气的透过率可以表示如下：1.5 1.5 红外线在大气中的传输红外线在大气中的传输2.瑞利散射的散射大气中的散射元包括大气的分子的密度涨落，大气中悬浮的微小水滴，以及悬浮的固体微粒(尘埃、碳粒、盐粒子和微小的生物体)。根据散射理论可知：当辐射的波长比粒子半径大得多时，这时所产生的散射称为瑞利散射。 瑞利瑞利本章总结红外基础知识概述1红外技术的应用红外技术的应用2红外辐射及基本性质红外辐射及基本性质3红外辐射术语红外辐射术语4红外辐射和目标背景红外辐射和目标背景5红外线在大气中的传输红外线在大气中的传输恒星天文学之父恒星天文学之父赫歇耳赫歇耳 赫歇耳（17381822年）可以称得上是最杰出的天文学家之一。他最重要的工作和成就是在恒星天文学方面。1781年8月13日，他用一架口径16厘米、焦距2米的望远镜作观测的时候，在双子座里看到了一个陌生的天体。它后来被命名为天王星。返回返回 古斯塔夫古斯塔夫罗伯特罗伯特基尔霍夫基尔霍夫（18241887）Kirchhoff，GustavRobert德国物理学家。1824年3月12日生于普鲁士的柯尼斯堡（今为俄罗斯加里宁格勒），1887年10月17日卒于柏林。1859年，基尔霍夫做了用灯焰烧灼食盐的实验。在对这一实验现象的研究过程中，得出了关于热辐射的定律，后被称为基尔霍夫定律：任何物体的发射本领和吸收本领的比值与物体特性无关，是波长和温度的普适函数。并由此判断：太阳光谱的暗线是太阳大气中元素吸收的结果。这给太阳和恒星成分分析提供了一种重要的方法，天体物理由于应用光谱分析方法而进入了新阶段。1862年他又进一步得出绝对黑体的概念。他的热辐射定律和绝对黑体概念是开辟20世纪物理学新纪元的关键之一。1900年M.普朗克的量子论就发轫于此。返回返回黑体：黑体：很多物体在加热时产生的光谱辐射具有特定的分布，这种光谱辐射特性只取决于温度，我们就称它们为黑体。黑体可以把入射到它上面的所有辐射全部吸收。当加热到足够高的温度时，诸如电炉元件以及灯泡灯丝等物体能够产生足够多的可见光以使得它们能够被看见或者甚至照亮整个房间。图显示了黑体在几种温度下的归一化的光谱密度曲线。返回返回U2是美国空军的全天候，单引擎，亚音速高空照相侦察和空中取样侦察机。由洛克希德公司研制，1955年8月首飞，1956年装备，共有A、C、D、R等型号装备美军，目前美军中有20多架C、D、R型服役，平时驻扎在美国本土、韩国，战时一般部署在战区2线机场。1978年开始，美军在U-2基础上研制了TR1型高空电子侦察机，该机外观和U-2非常相象，体积稍大，主要区别是机载侦察设备不同，现有30多架，平时主要驻扎在英国。U-2返回返回瑞利瑞利Rayleigh,JohnWilliamStrutt,Lord(18421919)英国物理学家和化学家。瑞利1871年提出著名的瑞利散射公式。1873年用光学理论解释天空为什么是蓝的，他指出，在组成阳光的七种可见光中，蓝光在空气的微粒中的散射能力最强，由于阳光中的蓝光受到强烈的散射，使无云的天空呈蔚蓝色。他研究的光栅改进了光谱仪的性能。1879年对电学的三个基本单位欧姆、安培、伏特进行了精确的计量，其数值成为物理学界长期使用的基数。返回返回喷气式飞机所使用的喷气发动机靠燃料燃烧时产生的气体向后高速喷射的反冲作用使飞机向前飞行，它可使飞机获得更大的推力，飞得更快。特别地在1万2万米空气比较稀薄的高空，喷气发动机更有着螺旋桨活塞发动机所无法比拟的优越性。世界上最早提出喷气推进理论的是法国的马克尼上尉和罗马尼亚的亨利康达。康达还在1910年前后试制过最早的喷气式飞机，但未能成功。喷气式飞机返回