STC12C2052AD单片机红外热辐射探测系统设计+电路图+程序(2)
1.1 国内外研究的现状由于天空背景下的大气红外辐射以及它的传输特性，在军事方面和民用方面的很多领域内，都有着很重要的作用。因此，国内外的科研人员对这一大气光学参量有着深入的理论研究和大量的实验基础。国外的研究人员开发出了一些实用的仿真软件，而在国内则是对国外的这些仿真软件进行汉化，推广和应用，并根据这些仿真模型，以及相关理论，开展国内的大气辐射特性的研究。在国外，各科研机构在地球大气背景辐射以及大气传输方面的研究较为充分，尤其是美国和俄罗斯两个国家[2]，这两个国家作为最早发射气象卫星的国家，一直在大气红外辐射以及其传输特性的领域内，处于领先地位。美国的 BartmanAL 早在 1967 年，就根据卫星观测数据，给出了地球表面光谱反射特性和角分布特性数据。之后，NASA 的戈达德空间飞行中心测量了各种云天气条件下的地标反射率。Hanel测出了在地球其他位置，如南极，沙漠等地区的红外辐射光谱数据， 对地球大气的红外辐射规律进行了总结。 而 Robert Lyle 则是对地貌，气象条件，太阳高低角和入射太阳光的光谱等影响大气发射率的因素，进行了总结[3-5]。在这些实验数据的基础上，美国空军地球物理实验室研制出了几款很典型，而且应用广泛的天空背景下的红外辐射计算软件，如 LOWTRAN、MODTRAN 等[6]。在国内，针对地球大气背景辐射以及大气传输方面的问题，进行了大量的理论分析工作，并且对于国外的各仿真软件进行了汉化，推广和研究应用。如中国科学院大气物理研究所[7]以及北京航空航天大学[8]对 MODTRAN 软件进行的汉化。中国在软件的自主研制中也取得了一定的成果，比如中国科学院安徽光学精密机械研究所，研制了通用大气辐射传输软件(Combined Atmospheric Radiative Transfer，CART)[9-11]。这一软件主要有四个部分的功能，一是对大气水平和斜程光谱透过率计算，二是进行散射太阳辐射计算，还有对于热辐射以及太阳直接辐照度的计算[12]。 CART软件与美国的LOWTRA 或是MODTRAN 相比， 其计算简单、运行速度快，并且可以达到一定的精度，比起国外的软件，更加的适用于我国的大气环境，但是 CART软件尚未包含云层的大气辐射模型。红外探测器主要有光子探测器与热探测器两种。光子探测器的灵敏度、响应速度以及探测距离等性能都比较高，但必须用低温致冷器进行制冷。因此，光子探测系统的结构更复杂、体积较大、成本也较高。Sprite新型红外探测器在上世纪八十年代问世，这种传感器在高偏压下工作。除了具有探测功能外，又在元件内部实现信号的时间延迟和积分，减少了普通线列器件所需的后接信号处理电路，简化了红外系统结构，降低工艺难度，大幅提高了可靠性[13]。热电探测器可以在一般环境温度下工作，不需要致冷。但是灵敏度低，响应速度慢。德克萨斯仪器公司研制的热释电 UFPA和霍尼威尔公司为首的微测辐射热计 UFPA是其中的典型代表。在我国国内，1995年中科院长春光学精密机械研究所采用微机械加工技术研制成低成本线列 32 元、128 元硅微测热辐射计阵列，NEm 为 300mk 存储时间为 1ms。2000 年 12月，中科院上海技术物理研究所采用新工艺制成的钛酸锶钡铁电薄膜材料性能通过鉴定达到国际领先水平[14]。
1.2 本文研究的主要内容（1）了解红外辐射相关基础理论知识，掌握红外辐射的传播规律；（2）利用Modtran 仿真软件对各种情况下的天空背景红外辐射进行仿真计算，为实际探测提供理论指导。（3）合理选型红外辐射探测器，优化设计调理电路，编写数据采集存储软件，搭建红外辐射探测系统。（4）设计红外辐射探测系统的验证实验，对测试结果进行分析讨论。