基于红外辐射特性的单波段红外图像被动测距

以单波段红外图像被动测距为研究背景,首先分析了凝视型红外探测系统的工作原理,将其工作过程分为入瞳前和入瞳后两个不同的阶段,其中第一阶段与目标距离相关,而第二阶段则决定于红外探测系统本身的传递函数,而后对图像像素灰度与入瞳处辐亮度之间的关系进行了表述;然后针对点目标与面目标的成像特点,分别计算了相应的目标与背景的入瞳处幅亮度差,得出:两者的红外辐射特性存在一致性.基于短时间内目标近似匀速运动的假设,推导了单波段红外图像被动测距方法.最后利用外场实测中长波红外图像对该算法进行了验证,并对测距结果和测距误差进行了详细分析.     

红外双波段单站被动测距算法研究

建立了基于美国海军红外传输模型的双波段单站被动测距算法。在若干相连观测时刻,远处目标被假定为具有恒定辐射强度的点源,结合美国海军模型在3.4～5 μm、8～12 μm波段上,得到了目标辐照度与探测距离的关系式。分析表明,在相邻两个探测距离上可得到四个形如lnx+bx+c=0的超越方程,通过求解即可获得相应的目标距离。给出了黄海、东中国海区的美国海军红外辐射传输模型的全部系数。最后,给出了文中算法的理论误差曲线,分析表明该测距误差小于辐照度的测量误差。     

基于MODTRAN的红外系统对巡航导弹探测距离的估算

基于最小可分辨对比度准则,研究了在考虑背景环境下机载红外成像系统对目标最大探测距离的计算方法.分析了红外目标在3～5μm与8～12μm两个波段上的红外辐射特征和背景辐射、大气透过率等因素对探测距离的影响,给出了探测距离的推导公式.最后用MODTRAN软件对大气透过率进行了模拟计算,得到了波数间隔为1cm-的光谱大气透过率数据.计算了各微小波长区间内辐射到探测器上的辐照度.考虑到大气透过率与距离的关系,取消了传统算法中用常数或者拟合函数来代替大气透过率的方法.以巡航导弹为例,对红外系统探测距离进行了数值计算.仿真结果表明,该计算方法具有可行性.     

红外系统作用距离计算方法研究

对红外系统作用距离的理论分析是进行系统设计的关键环节,但是目前有多种红外系统作用距离的计算方法．针对具体应用系统,研究并给出了红外系统作用距离的一种定义．基于探测器量子效率,推导了红外系统作用距离的理论计算公式,并对该公式进行了试验验证．理论计算和试验结果表明,当探测背景对探测器的噪声影响高于探测器自身噪声时,作用距离与红外系统的入瞳孔径不直接相关,而与红外系统角分辨率有关．     

冬季极端天气条件下被动测距实验

氧气吸收率是利用氧气A吸收带进行被动测距技术计算的核心,为研究冬季极端天气条件对目标氧气吸收率计算及测距精度的影响,在降雪和雾霾天气条件下进行了被动测距实验。采用1000 W卤钨灯作为目标光源,分辨率为1 nm的高光谱成像仪作为测量设备,对水平方向距离550 m处的卤钨灯进行了测距实验。利用相关K分布法建立的氧气吸收率与路径的关系模型及实验测得的目标氧气吸收率,解算了目标距离。结果表明:冬季极端天气影响目标氧气吸收率的测量精度,导致利用所建模型解算的距离与真实距离误差大;通过背景消除后,测距误差变小,雾霾天气测距误差为8.36%,降雪天气测距误差为5.45%。背景消除可以提高目标氧气吸收率的测量精度,进而提高冬季极端天气条件下的测距精度。     

飞行器尾焰红外辐射及其被动测距

旨在研究利用飞行器的尾焰辐射对飞行器进行被动测距。导弹和飞机发动机的排气系统是飞机在3~5 m波段的主要红外辐射源。建模计算了矩形喷管尾焰红外辐射特性,计算结果表明,不管观察方向如何,尾焰红外辐射强度色比是相同的。当辐射强度色比在大气中传输时,因为吸收和散射而被衰减,不同波长上红外辐射衰减幅度不同,辐射强度色比随着传输距离的改变而发生变化,色比包含了目标的距离信息。推导了目标尾焰色比与尾焰温度、辐射传输距离、大气消光系数之间的关系。计算了尾焰色比与尾焰温度的关系,推导出了红外三色比距离方程组,选取4.5、4.6、4.7 m三个波长对三色被动测距进行了研究。利用测距方程组画出了测距图。结果表明,利用该方法可对尾焰进行三色测距。     

红外热像仪对面目标的作用距离的公式推导及误差分析

通过分析红外热像仪镜头处所接收到的辐照度,结合红外辐射的基本理论,推导出红外热像仪对面目标的作用距离公式,讨论了影响红外热像仪对面目标的作用距离的各种因素,给出了误差计算模型．     

地面目标被动毫米波隐身技术研究

被动毫米波辐射计应用于末制导与成像探测,已对地面目标产生极大的威胁.为提高地面目标在未来战场上的生存能力,本文在被动毫米波探测原理的基础上,通过对地面目标在不同实战背景条件下毫米波辐射温度的计算,指出在进行地面目标主动毫米波雷达隐身的同时,必须同时进行目标的被动毫米波辐射计隐身,最后通过被动毫米波辐射计探测距离公式的分析,对被动毫米波隐身方法进行了研究.     

基于脉冲周期的单元被动测距

为了解决单元被动测距的问题,提出了一种基于脉冲周期的单元被动测距法.该方法适用于目标发射固定周期脉冲信号,推导了目标运动参数与单元接收信号脉冲周期的关系式,构建一个长方矩阵,在最小二乘意义下,计算目标最接近距离和速度.使用泰勒展开公式,分析了算法的误差特性.为单元被动测距提供了新方法.仿真结果表明了新方法的正确性.     

地面目标红外辐射及防护研究

本文从红外辐射的最基本理论出发,研究了地面目标的红外辐射及影响地面目标红外辐射的因素。通过对红外辐射的大气传输的研究,得到了红外系统的作用距离公式,举例计算了红外系统探测距离与目标温度、大气消光系数等一些典型参量之间的关系。最后讨论了地面目标红外防护的方法。     

地面目标的可见光特征及防护研究

研究了地面目标的可见光特征。研究表明地面目标的可见光辐射主要是反射太阳辐射,太阳对地面目标形成的辐照度与日地距离、太阳天顶角、大气气象条件、地面目标海拔高度等有密切关系。目标与背景在可见光波段的对比度取决于目标与背景的反射率;目标与背景对比度在大气中传输时,大气气象条件是最主要的影响因素。文章最后对地面目标的可见光防护方法进行了探讨。     

空间目标色温测量的波段选择

针对某空间目标色温测量技术,提出了一种可用于选择最优波段和提高系统温度分辨力与测温灵敏度的方法。 基于目标不同波长辐亮度的比对,推导了目标单色辐射率之比 与标准黑体波长及色温之间的关系,建立了目标色温测量数学模型,从而巧妙地绕开辐射率对测温工作的不利影响。同时建立了波段优 选评价函数数学模型,并通过分析系统的温度分辨力及测温灵敏度与探测波段之间的关系优选探测波段,提高了色温测量的精度。 基于红外系统进行的波段选择仿真结果表明,在8.0 ～ 8.5 μm范围内,当波段宽度取60 nm时,对温度为200 ～ 300 K的空间目标进行色温测量的温度分辨力最高可达到0.07 K。对不同温度目标的温度分辨力与测温灵敏度分别平 均提高了7.9 %和11.3 %。通过波段优选可以有效提高温度分辨力及测温灵敏度,为空间目标探测与识别装置的 研制提供了技术支持。     

一种机载定位坐标转换方法误差分析及仿真

基于地球椭球参考模型空间目标定位坐标系的建立,提出通过在飞机上测量地面目标方位角和斜距这二维坐标信息,而不需要测量俯仰角信息对目标进行定位并用于电子地图的坐标转换方法,研究了算法误差和测量数据误差对定位精度的影响,并进行了仿真分析,验证了算法的有效性。     

一种双波长光纤测温系统波长带宽的优化设计

基于Kirchhoff定律，利用钽酸锂热释电探测器设计了一种实用化的双波长、高精度光纤测温系统。简要介绍了该仪器的基本结构及其工作原理．并依照单个探测器的温度分辨率、测温系统中R(T)-T曲线的线性度与温度灵敏度，以及系统的测温误差随波长带宽的变化，在考虑单个探测器的最小响应度和温度分辨率的基础上．对系统工作波长的带宽进行了优化设计。得出了在测温范围400—1300℃内，当系统的工作波长为λ1=2.1μm，λ2=2.3μm时，其工作波长的带宽取20nm较为合适的结论。     

雾的前向散射对距离选通成像系统的影响

根据辐射传输和Mie散射理论,给出了分析雾的前向散射对距离选通成像系统影响的计算方法。首先,采用雾的含水量和能见度的经验公式估计雾滴谱。其次,已知雾滴谱计算Mie散射相函数;进而获得视消光系数。最后,给出了考虑前向散射光的影响时,前向散射光、后向散射光和信号光在距离选通成像系统光电阴极面上的照度随时间的变化规律,以及光电阴极面上目标与背景图像的对比度。结果是目标上的照度、后向散射光和信号光在光电阴极面上的照度增加,目标与背景图像的对比度降低;前向散射光在光电阴极面上的照度远小于后向散射光。     

星载红外探测对比度的计算与分析

推导了星载红外探测在地面、大气双背景下探测器处的辐射照度对比度计算公式,计算了目标在不同温度、不同高度的目标与背景的绝对对比度和相对对比度。分析指出:随着目标温度、高度增加,在波长大于2.5 m 区域绝对对比度与相对对比度相应增大,目标高度越高,同等距离下对比度随目标高度的变化越小;波长小于2.5 m 需考虑太阳的影响;当目标在0 km 高度时,2.9~4.1 m 波段为最佳探测波段,随着目标高度的增加,可用探测波段范围增大,峰值波长向短波方向微移,当目标高度大于10 km 时,相对对比度峰值在2.6~2.8 m 之间;距离地面越近,大气对红外辐射的衰减越大。     

大气背景对红外目标探测的影响

针对大气背景是一个纵深背景而非一个平面,无法使用现有对比度计算公式计算的实际,基于红外焦平面探测器工作原理推导出了大气背景下探测器处辐射照度的对比度计算公式。通过对大气背景的红外辐射计算,并与报道的飞机红外辐射数据比较,应用对比度计算公式做分析可知:大气背景对探测的影响是必须考虑的;在3~5m大气窗口的大气背景辐射很小,选择3~5m大气窗口探测更容易发现目标;在8~12m大气窗口内10m附近的大气背景辐射较强,目标不易被探测。随着探测距离增加,探测器到无限远处的大气背景辐射亮度与探测器和目标之间的大气背景辐射亮度之差在减小,它会增大对比度,这是分析探测距离不可忽视的一个因素。     

利用三维点云的圆锥状弹头目标参数估计

以激光雷达三维点云对弹头目标形状、姿态、位置估计与目标识别为应用背景。针对导弹弹头的形状特点,将其近似建模为一个圆锥,并可通过6个参数来表征。提出了基于激光成像雷达得到的三维点云与Levenberg-Marquardt(L-M)算法的圆锥状目标参数估计方法,并指出这种方法也可用于对圆锥状目标的识别。通过仿真实验,给出了弹头参数估计误差与三维点云的距离分辨率、点云规模的关系。仿真和实测数据的实验结果表明:该方法在一定的观测距离分辨率下可以较精确地估计出圆锥状弹头目标的参数,并可以根据得到的参数以及对目标函数的优化结果,对目标进行识别。     

一种基于WG序列的测距新方法

应用具有良好相关特性的伪随机序列可以提高雷达测距信噪比，有助于实现高效率低功率的目标探测。二相发射态结合雷达的非发射状态可以定义三态序列。文中介绍了三态序列的一些概念及其主要性质；讨论了Wolfmann-Goutelard(WG)序列的近完美周期自相关性；并基于三态序列相关函数的定义，应用WG序列生成的三态码^3WG,构造了一种适用于测距雷达的，具有良好性质的码序列测距方法。该方法可以替代m序列在测距中的作用。     

转动红外探测器下地面远距离运动目标检测方法

地面远距离运动目标检测是红外成像防御中的关键技术之一。地面远距离运动目标检测指利用红外探测器对远距离运动目标实现自动探测和捕获。由于目标距离较远,在红外探测器上成像面积较小,同时远距离运动目标容易被遮挡,很难将目标从复杂的地面背景中提取出来。提出了一种能够在面阵红外探测器转动的条件下实现远距离地面运动目标检测方法。首先利用图像信息计算红外探测器的运动补偿参数并通过背景更新获取目标一次检测结果,然后采用光流法获取背景和目标的运动信息,通过计算背景和目标之间的运动信息相关性实现目标最终检测。实验采用多种场景对文中算法进行验证,结果表明该方法通过转动红外探测器可以扩大目标搜索区域,利用背景和目标之间运动信息的相关性有效地克服了目标遮挡、目标重叠和视差等问题。