低温背景红外场景产生器研究进展

红外场景产生器是红外成像制导半实物仿真中不可缺少的硬件设备之一。随着红外成像探测系统在卫星、深空探测器、空间反卫星武器中的广泛应用,低温背景的红外场景模拟越来越受到重视,发展非常迅速。热电阻阵列红外场景产生器被运用到低温背景模拟中,为产生低温背景,场景产生器需工作在比背景温度更低的温度条件下,因此,通常将场景产生器放在低温真空室中。与该种原理不同,半导体屏式可见光到红外光转换的场景产生器在常温下可以实现低温背景红外场景的模拟。对两种低温背景模拟方法进行了对比,并阐述了低温背景红外场景产生器的研究进展及应用情况。     

基于光纤阵列图像转换器的可见光生成系统

红外图像转换器技术是红外成像目标仿真技术的关键,用于研究如何在红外成像制导半实物仿真试验时模拟产生复杂场景的红外辐射。光纤阵列图像转换器是一种新型的红外图像转换器,该类转换器需要设计研制与之相匹配的可见光生成系统共同构成红外成像目标模拟器。针对某红外成像目标模拟器总体要求,给出了一种基于光纤阵列图像转换器的可见光生成系统设计实现方法,并对其关键性能指标进行了分析和测试。结果表明:该系统能够应用于红外成像半实物仿真,分析和测试方法为该类可见光生成系统的性能评估和优化设计提供了依据,具有一定的适用性。     

红外仿真目标和星空背景的建模与生成

红外成像制导半实物仿真系统要提供红外目标和背景的等效辐射环境.仿真是发展和评估红外成像探测系统的重要技术之一.实践证明半实物仿真有助于红外成像探测系统的设计、测试和评估.红外仿真目标和星空背景的建模和生成是红外成像制导半实物仿真系统的关键技术之一.介绍了基于三维建模工具和实时视景仿真软件的红外仿真目标和星空背景的三维建模和计算机生成.     

红外成像仿真系统目标/背景辐射能量计算

红外探测系统不仅能探测到的目标红外辐射,也探测到环境背景的辐射。红外制导半实物仿真系统在试验过程中,目标和部分环境背景辐射都进入参试探测器的视场内,而红外探测系统响应的是目标和背景的辐射通量差。根据红外辐射度学的基本理论,结合红外半实物仿真系统的光学系统结构和特性,计算了红外成像仿真目标与试验室环境背景在参试探测器像素的辐射通量差以及红外仿真小目标与环境背景在参试探测器入瞳处的辐射通量差,以便对仿真系统的能量进行定量地分析。     

低温背景红外动态图像转换技术

空间是高技术战争的制高点。近年来,空间作战中使用的红外成像制导武器因阴冷的宇宙空间和高真空的环境条件而具有独特的优势,成为空间精确制导武器研究的热点之一。用于空间的红外成像制导武器性能的测试与评估,由于费用高、周期长以及来自国际社会的压力大,采用外场打靶的方法受到限制,而通过实验室半事物仿真的方法具有明显的优势。动态红外图像转换技术是红外成像系统半实物仿真的关键技术之一。低温背景动态红外图像转换技术是指在实验室条件下产生具有低温背景的红外目标,为被测试的空间红外成像系统提供红外目标和背景图象源。实现低温背景动态红外图像转换的困难在于,由于只要温度不为零的物体都要辐射电磁波,红外图像转换器件自身也会有热辐射,影响低温背景的实现。简要介绍近年来出现的低温背景动态红外图像转换技术,包括低温工作电阻阵列、低温工作量子阱激光二极管阵列、半导体屏技术。对这3种技术进行了详细的描述,包括基本原理、发展概况及其在低温背景动态红外景象模拟器中的应用。在此基础上,提出一种利用数字微镜阵列调制红外激光,结合大范围衰减降低背景辐射,获得低温背景红外动态图像转换的新方法。     

红外场景实时生成驱动算法及应用研究

对红外成像半实物仿真系统中红外场景实时生成的驱动算法进行了研究。以红外场景实时生成在红外成像半实物仿真系统中的工程应用为背景,设计了实时仿真过程中红外场景的初始战情场景映射算法、动态战情场景的实时映射算法及场景瞄准点的选择算法,解决了红外场景实时生成在半实物仿真系统中的应用集成问题,并通过多模式的动静态仿真和测试试验对算法进行了验证。     

建筑物目标三维红外场景仿真

提出了建筑物目标三维红外场景仿真方法。首先分析了三维场景模型的生成方法,采用软件绘制的方法获取三维场景,并将其加载至OpenGL环境中进一步处理;然后分析了三维红外场景的生成方法,对辐射源进行三维模拟,建立红外成像模型,得到目标表面红外辐射特性;最后模拟红外热像仪生成目标三维红外场景,给出了仿真结果和温度对比曲线。实验结果表明,仿真图像真实地反映了建筑物目标的红外辐射特性,各部分温度与实测温度变化规律基本一致。本文所述仿真方法切实可行,达到了场景仿真的效果。     

弹道导弹防御动能拦截弹红外成像导引头仿真系统与技术的发展

经过20多年的发展,美国已经建成了动能拦截弹半实物仿真系统(KHILS)、标准-3动能拦截弹头半实物仿真系统和导引头试验系统等各具特色的动能拦截弹红外成像仿真系统,用于动能拦截器半实物仿真和动能拦截器红外导引头设计、试验与评估.综述了这3种动能拦截弹红外成像仿真系统,分别介绍了这3种红外成像仿真系统的发展背景、主要用途、系统结构和特点,并着重阐述了它们的高拟真度目标和背景信号特征模型以及先进的实时三维景象生成系统和高拟真度红外场景投影器的发展情况.     

基于半实物仿真的红外侦察告警系统性能评估方法

介绍了用于红外侦察告警系统性能评估的半实物仿真系统的硬件结构和软件模块组成。在仿真理论和野外测试数据的基础上,探讨了实验室半实物仿真系统测试的基本方法和建立目标及背景的红外模型的基本途径。通过实验室半实物仿真的方法模拟产生各种各类背景、干扰条件下各种目标几何尺寸、红外辐射、运动轨迹以及多目标的红外模拟目标。最后给出红外侦察告警系统的综合性能考核几个关键技术的分析。     

前视末制导地面目标红外场景生成算法研究

提出了一种基于遥感信息的前视末制导地面目标红外场景生成方法。首先,利用遥感信息生成目标区域可见光三维场景,作为场景仿真的基础模型;然后,通过建立目标及背景的温度模型、红外温度-辐射模型,计算出目标及背景的红外辐射值,针对仿真目标区域的特点进行建模仿真。最后,采用了一种基于可见光纹理的背景真实感合成方法,增强场景的仿真效果。通过对比实测温度和红外实时图以及灰度相关匹配实验,结果表明,本文方法真实地反映了目标区红外辐射变化规律,具有较好的逼真程度。     

空间锥形目标的红外成像仿真

由于应用需求的驱使,红外成像仿真技术越来越受到国际社会的关注,并已成为现代国防科技的关键技术之一。针对深空背景条件下的锥形目标,可利用结点热网络法求解其表面温度分布,然后计算目标与背景的红外辐射,再将探测器接收的辐射照度转化为灰度,并加入探测器自身效应的影响,就可仿真得到锥形目标不同成像状态的图像。此方法完整地实现了空间锥形目标在红外探测器上的成像过程,同时考虑了多种因素的影响,具有很高的真实性与逼真度,可为红外成像系统的研制及目标检测识别算法提供测试场景与依据。     

舰载红外成像探测跟踪系统仿真研究

仿真研究由目标、背景、大气传输和传感器四部分组成．在对目标辐射度的分析中,研究目标温度和发射率的计算方法．计算背景辐射时,重点考虑了海水本身的热辐射特性,并将天空背景的辐射等价于探测器路径上的大气辐射．对大气中的传输研究采用了LOWTRAN模型．仿真中考虑了传感器的影响,包括光学系统和红外探测器．在动态图像生成过程中,采用了多媒体定时器实现了仿真的实时性．仿真的结果可以减少外场试验的次数,从而节省大量试验费用．     

地基红外系统探测空间目标红外星等的分析

地基红外系统探测空间目标的能力与目标辐射特性、背景辐射特性、大气条件、红外光学系统性能、探测器特性等因素密切相关。分析了空间目标在外太空背景下的红外辐射特性,基于满足红外焦平面探测器的最低可探测信噪比,综合考虑空间点目标成像的弥散斑、背景辐射和大气衰减的影响,推导了地基红外探测系统对空间点目标的作用距离估算方程。红外星等用来计算星体在红外波段的亮度,讨论了用红外星等划分空间目标的方法和原理。根据中波和长波计算红外星等的公式,给出了不同温度的空间目标与对应的红外星等的关系。为地基红外探测系统的设计和应用以及探测不同红外星等空间目标的综合性能评价提供了理论依据。     

短波红外吸收带林火与背景辐射亮度比较分析

对于短波红外吸收带图像高温目标特征的研究有利于提高红外目标的识别率。短波红外吸收通道可探测的地面高温目标辐射特征除了与目标温度有关,还受到大气参数状况、遥感器参数设置等影响。采用仿真分析方法,较为系统地获得了不同大气条件下林火目标与地面背景辐射数据,分析了二者的特征差异,并仿真分析了波段带宽设置对仪器接收到的辐射能量的影响。研究表明仪器带宽设置对高温目标的探测信噪比起决定作用,其次,大气模式设置不同,在短波红外水体吸收通道,林火与背景的辐射亮度特征差异显著不同。地面背景入瞳处总辐射在4.3 um附近吸收带主要受程辐射影响,在2.7 um附近吸收带主要受水汽含量影响。     

红外照射条件下目标和背景的亮度融合

从目标和背景亮度对比度的角度出发,构建了红外照射条件下目标和背景的亮度融合模型,得出了亮度融合的条件。针对红外探测中不同组合的目标和背景,探究了红外照射条件下亮度融合的适用对象,并进行了仿真验证。结果发现:通过红外照射的方式实现目标与背景亮度融合的方法,适用于与背景相比具有高发射率的亮目标和低发射率的暗目标,特别地,对于温度与背景相等的目标,实现某波段上与背景亮度融合的辐射照度等于温度为T(T=Tt=Tb)的黑体在该波段上的辐射出射度。最后,通过红外照射系统照射不同组合的目标和背景(亮目标和暗目标),一定程度上实现了中红外波段目标和背景的亮度融合,验证了理论的有效性。     

临近空间红外探测像面照度建模与仿真

低空突防目标飞行高度低、时间短,对其进行有效的探测一直是研究的重点和难题。以2.7 m、4.3 m作为探测系统的中心波长,建立了临近空间红外探测像面照度模型。模拟SBIRS天基红外系统和临近空间探测系统,仿真典型目标弹道,考虑大气影响,得到主动段、被动段红外辐射分别在SBIRS预警卫星和临近空间平台的像面照度及目标背景调制对比度。仿真结果表明:对于低空突防目标,临近空间平台较SBIRS拥有更高的信号对比度及更长的探测时间。在被动段,以4.3 m为探测中心波长探测效果好于2.7 m。     

中段目标平动及微动的红外辐射特性分析北大核心CSCD

红外辐射特性是对弹道目标进行探测和识别的主要依据之一,而目标结构、材料、空间位置、运动形式都会对其辐射特性造成影响。论文针对天基红外探测场景下中段目标平动及微动的辐射特性分析开展研究。首先构建天基红外探测场景模型,通过轨道仿真计算不同时刻中段目标的空间位置、相对探测器的空间姿态等参数;其次基于中段目标红外辐射模型,综合考虑不同位置及姿态参数下太阳辐射、地球背景辐射等参数,计算相应的目标温度与辐亮度等;最后综合考虑目标相对探测器的空间距离及姿态,仿真不同波段下红外探测器获得的中段目标辐照度,以及不同运动形式对辐照度的影响。仿真结果表明,目标微动对辐射特性的影响不可忽视,可作为目标识别的一个特征,为后续目标探测与识别提供数据支撑与指导。     

临近空间对地探测目标与背景红外特性研究

红外辐射特性是红外探测系统进行目标识别的主要依据。基于辐射传输原理,面向临近空间对地探测目标与背景的红外特性进行研究。利用全球大气廓线反映全球大气状况先验知识,设计了一套临近空间对地探测红外特性研究的辐射传输仿真方案。利用MODTRAN模型进行仿真,量化临近空间对地探测目标与背景的红外特性差异,分析传感器最优透过率波段以及红外辐射特性的影响因素。结果表明,大气透过率以及目标与背景的红外辐射差异随着临近空间传感器高度的增加而减小,且与大气状况密切相关;得出了传感器在3~14 μm范围内的最优透过率波段;季节、大气能见度与传感器观测角度对目标与背景的亮温差异造成的影响不可忽略。     

引入探测器特性的空间目标红外灰度序列仿真研究

针对空间目标红外识别系统难以获取目标数据的问题,对目标红外灰度序列进行了仿真研究。通过计算目标和探测器的轨道运动参数,结合目标的微动特性得到探测器平面的投影面积观测模型;并构建目标表面温度分布模型,进而获得探测器接收的目标红外辐射强度序列。与以往方法不同的是,通过进一步考虑探测器自身成像效应,仿真得到了目标红外灰度序列。仿真结果表明不同形状和微动参数的目标红外仿真序列具有不同的周期性,可为红外目标识别算法设计提供数据支持。本文提出的目标数据仿真模型进一步缩小了与真实场景的差距,对空间目标识别系统具有重大意义。