一种红外探测器背景辐射噪声计算方法与流程

本发明涉及一种红外探测器噪声计算方法，特别是一种红外探测器背景辐射噪声计算方法。

背景技术：

红外探测系统的探测距离能力由系统的灵敏度决定，在计算红外探测系统的灵敏度时，需要计算系统的信噪比，对于背景限的红外探测系统，系统噪声主要是由红外探测器的背景辐射噪声造成的，因此需要准确计算背景辐射噪声。以往对于红外探测器背景辐射噪声的计算方法，采用的是背景辐射的能量来计算探测器噪声，而红外探测系统的红外探测器为光子探测器，探测器是响应背景辐射产生的光子，发生光电效应，而不是对背景辐射能量的响应，因此以背景辐射能量计算噪声的方法不够准确。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种红外探测器背景辐射噪声计算方法，通过背景辐射的光子来计算噪声，解决以往红外探测器背景辐射噪声计算方法不够准确的问题。

一种红外探测器背景辐射噪声计算方法的具体具体步骤为：

第一步构建红外探测器背景辐射噪声算法系统

红外探测器背景辐射噪声计算方法系统，包括：光子出射度模块、光子照度模块、光电响应模块和背景噪声模块；

第二步光子出射度模块计算背景辐射源的光子出射度；

第三步光子照度模块计算背景辐射源产生的光子到红外探测器表面的光子照度；

第四步光电响应模块计算红外探测器响应背景辐射的光子后产生的电子数；

第五步背景噪声模块计算红外探测器背景辐射噪声；

至此，实现了红外探测器背景辐射噪声的计算。

进一步的，在第二步中，光子出射度模块计算背景辐射源的光子出射度，背景辐射源向空间辐射光子通量，光子通量是在单位时间内发射、传输或接收到的光子数，光子出射度是背景辐射源单位表面积向半球空间内发射的光子通量，根据普朗克公式，背景辐射源在背景温度为t，波长为λ时的光子出射度表示为mq(λ，t)：

式中，mq(λ，t)为背景辐射源在温度t，波长为λ时的光子出射度；

λ为波长；

c为真空中的光速，c＝2.99792458×10⁸m/s；

h为普朗克常数，h＝6.626176×10^-34j·s；

k为玻尔兹曼常数，k＝1.380662×10^-23j·k^-1。

进一步的，在第三步中，光子照度模块根据背景辐射源的光子出射度计算光子到达红外探测器表面的光子照度，红外探测器表面的光子照度表示为eq：

式中，eq为红外探测器表面的光子照度；

εb为背景辐射源的有效黑体发射率；

λ1为红外探测器响应的前截止波长；

λ2为红外探测器响应的后截止波长；

θ为探测器对背景辐射源的张角。

进一步的，在第四步中，光电响应模块计算探测器响应背景辐射光子后产生的电子数是根据背景辐射产生的光子入射到红外探测器上，一部分光子会激发出电子，产生光电效应，产生的电子数量表示为q：

q＝η·ad·tint·eq

式中，q为背景辐射产生的光子入射到探测器上产生的电子数量；

η为红外探测器的光电转换效率；

ad为红外探测器像元的面积；

tint为红外探测器的积分时间；

进一步的，在第五步中，背景噪声模块计算红外探测器背景辐射噪声的过程为：

背景辐射源随机产生光子，之后到达探测器，背景辐射源产生的光子数服从泊松分布，泊松分布的均值和方差相同，光子数的标准差即为红外探测器的背景辐射噪声，表示为下式：

其中，n为红外探测器背景辐射噪声。

本发明提供了一种红外探测器背景辐射噪声计算方法，通过背景辐射的光子来计算噪声，更加准确的计算红外探测器的背景辐射噪声，进而更准确的计算系统的灵敏度。

附图说明

图1红外探测器背景辐射噪声算法系统原理图

1.光子出射度模块2.光子照度模块3.光电响应模块4.背景噪声模块

具体实施方式

一种红外探测器背景辐射噪声计算方法的具体步骤为：

第一步构建红外探测器背景辐射噪声算法系统

红外探测器背景辐射噪声计算方法系统包括光子出射度模块1、光子照度模块2、光电响应模块3和背景噪声模块4；

光子出射度模块1的功能为：计算背景辐射源的光子出射度；

光子照度模块2的功能为：计算背景辐射源产生的光子到红外探测器表面的光子照度；

光电响应模块3的功能为：计算红外探测器响应背景辐射的光子后产生的电子数；

背景噪声模块4的功能为：计算红外探测器背景辐射噪声。

第二步光子出射度模块计算背景辐射源的光子出射度

光子出射度模块计算背景辐射源的光子出射度，背景辐射源向空间辐射光子通量，光子通量是在单位时间内发射、传输或接收到的光子数，光子出射度是背景辐射源单位表面积向半球空间内发射的光子通量，根据普朗克公式，背景辐射源在背景温度为t，波长为λ时的光子出射度表示为

式中，mq(λ，t)为背景辐射源在温度t，波长为λ时的光子出射度；

λ为波长；

c为真空中的光速，c＝2.99792458×10⁸m/s；

h为普朗克常数，h＝6.626176×10^-34j·s；

k为玻尔兹曼常数，k＝1.380662×10^-23j·k^-1；

第三步光子照度模块计算红外探测器表面的光子照度

光子照度模块根据背景辐射源的光子出射度计算光子到达红外探测器表面的光子照度，红外探测器表面的光子照度表示为

式中，eq为红外探测器表面的光子照度；

εb为背景辐射源的有效黑体发射率；

λ1为红外探测器响应的前截止波长；

λ2为红外探测器响应的后截止波长；

θ为探测器对背景辐射源的张角；

第四步光电响应模块计算探测器响应背景辐射光子后产生的电子数

背景辐射产生的光子入射到红外探测器上，一部分光子会激发出电子，产生光电效应，产生的电子数用下式表示：

q＝η·ad·tint·eq

式中，q为背景辐射产生的光子入射到探测器上产生的电子数量

η为红外探测器的光电转换效率；

ad为红外探测器像元的面积；

tint为红外探测器的积分时间；

第五步背景噪声模块计算红外探测器背景辐射噪声

背景辐射源是随机产生光子，之后到达探测器，背景辐射源产生的光子数服从泊松分布，泊松分布的均值和方差相同，光子数的标准差即为红外探测器的背景辐射噪声，如下式所示：

其中，n为红外探测器背景辐射噪声。

至此，实现了红外探测器背景辐射噪声的计算。