低温背景红外目标成像实验研究

模拟低温背景红外场景是完成空间目标探测系统半实物仿真测试的关键技术,但利用现有技术模拟太空低温背景存在一定的困难.使用高低温箱法建立了一种低温背景红外目标辐射特性试验系统,并对红外目标在不同背景温度下的成像情况进行了研究,最后获得了红外目标成像与背景辐射的关系.实验结果表明,对于具有一定温度的黑体目标,背景温度在一定范围内变化时,探测器接收到的图像几乎没有变化,而且正焦位置与离焦位置具有相同的规律.这一结论对于在红外半实物仿真中模拟更低温度背景的红外场景具有一定的参考意义.     

空间目标/星空背景红外建模与仿真

介绍了空间目标/星空背景动态红外图像仿真的实现.首先,建立空间目标的几何模型,并对空间目标进行受热分析,建立空间目标外表面的红外热辐射模型,将计算结果量化形成灰度值,生成空间目标的红外图像;其次,将背景红外图像生成中常用的理论模型法与实际场景红外图像目标剔除法相结合,提出一种星空背景红外图像生成方法,即恒星在大气层处的红外辐照度不通过理论模型求取,而是由红外星表数据简单计算得出,将计算结果量化形成的灰度值赋予通过计算机生成恒星的几何视图,生成星空背景的红外图像;最后,将已生成的空间目标红外图像与星空背景红外图像的灰度归一化,进行灰度层次上的合成,同时,以红外传感器视轴指向作为图像的中心进行空间层次上的合成,最终生成完整的空间目标/星空背景红外图像.     

海天背景红外成像仿真系统

设计了海天背景红外成像仿真系统:利用大气传输软件Modtran计算天空背景和太阳的红外辐射;基于JONSWAP海谱模型构建二维海面;基于热辐射理论和粗糙面散射理论分别计算海面和目标的红外辐射及对背景辐射的散射;最终可获得海天背景红外仿真图像.对于海天背景辐射特性和目标识别算法研究具有重要实际意义.     

空间目标临边探测背景红外成像建模与图像仿真

临边红外观测是对辐射强度较弱空间目标的一种有效探测方式,探测临边背景的红外辐射分布规律直接影响目标检测跟踪的效果。通过实测图像对临边背景辐射统计特征进行建模:临边背景辐射亮度在地平线垂直和水平方向具有不同的分布规律,垂直分布与视线切线高度相关,水平方向可近似为正态分布,变异系数取值集中于[0.01,0.05]。基于建模成果提出了一种临边背景红外图像快速仿真方法,实验结果表明仿真图像与实测图像具有较高的一致性,验证了成像模型和仿真方法的有效性。同时,快速仿真方法耗时仅为常规逐像元仿真方法的1/200,能够满足实时仿真的需求。研究结果可应用于红外相机设计和目标检测算法测试等领域。     

目标与背景的红外辐射特性仿真方法

基于红外辐射理论,综合考虑自身辐射、反射辐射、大气长波辐射等因素,研究了目标的红外辐射特性仿真方法,编制了目标红外辐射仿真软件。以某钢板为例,建立了目标的仿真计算模型,确定了目标表面的边界条件,计算了目标表面的温度场分布,将仿真计算与试验测量的钢板表面温度数据进行了对比,结果显示:仿真计算的平均误差在1.5 ℃以下,验证了仿真方法的正确性,并在此基础上仿真计算了不同时刻目标的红外辐射特征分布,证明了红外仿真方法的合理性,为车辆与复杂背景的红外仿真计算奠定了基础。     

红外成像目标模拟器的应用探索

红外成像目标模拟器是红外成像制导半实物仿真的核心组成部分,随着制导半实物仿真对目标真实度要求的不断提高,模拟器也在不断改进以适应新的试验要求.当前的模拟器无法满足多样化的仿真需求,而更新一代模拟器的研制难度较大,投入也更高.基于现有的红外成像模拟器,讨论了通过对目标模拟器的改造与扩展,拓展了其应用范围,使其更符合半实物仿真的需求.     

基于偏振的红外成像目标模拟技术研究进展

随着红外成像制导武器的不断发展,红外目标模拟器的各项性能也在不断得到提高以满足仿真试验的需求。现今,红外偏振成像技术已经日趋成熟,基于红外偏振成像的探测系统及制导武器也正在研制之中。根据偏振产生和偏振调制技术,讨论了几种可为偏振成像探测系统和偏振成像制导武器提供目标偏振信息的红外偏振成像目标模拟系统。     

红外半实物仿真系统的关键技术

红外半实物仿真系统通过生成高逼真动态红外场景图像,为红外成像系统提供测试环境,在红外成像系统的开发、测试和评估中起着非常重要的作用。围绕红外半实物仿真系统中的关键技术,介绍了该系统中采用的动态红外图像生成技术和红外场景投影技术的原理及其优缺点和目前发展状况,以及红外场景仿真和投影器件的发展方向。     

基于DMD的动态红外景象仿真系统

基于DMD的动态红外景象仿真系统以全数字化、高图像质量等优越的性能,在红外成像系统半实物仿真性能测试中得到越来越多的关注.文中介绍了基于DMD的动态红外景象仿真系统的基本组成与工作原理;建立了系统的性能指标体系,包括帧频、视场、出瞳口径、空间分辨率、温度分辨率、温度范围、图像对比度等,并给出系统主要性能参数的选择与确定方法;分析了系统的关键技术,如窗口更换、数据处理电路和驱动电路设计、红外照明光源设计、红外准直光学系统设计、红外热像逼真度修正等;最后指出DMD在实际应用中存在的问题,为系统设计、应用以及性能评价提供参考.     

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。     

国外半实物仿真红外多波段目标模拟技术综述

为了准确地对红外多波段成像制导武器作出评估,红外多波段目标模拟技术成为国内外的研究热点.从系统组成、工作原理、技术指标和特点等方面,详细介绍了国外半实物仿真红外多波段目标模拟系统近年来的发展状况.这对后续国内红外多波段目标模拟技术的发展具有一定的参考借鉴意义.     

红外成像制导半实物仿真现状与发展

随着新一代防空战术导弹武器系统及红外对抗技术的发展,研究红外成像制导与多模制导技术已是光电精确制导技术发展的方向.当今世界各国争先研究和掌握红外成像制导半实物仿真技术,用于红外成像末制导导弹的研制与试验.文中介绍了美国陆军导弹司令部高级仿真中心(ASC)和埃格林(Eglin)空军基地经过20多年的建设,研制与开发的先进半实物(HWIL)仿真实验室和仿真装置.     

复杂海洋环境中弱小目标的红外辐射特性研究及图像仿真

弱小目标检测是当今研究的热点问题之一.分析目标背景的红外特性,进行红外仿真,可作为弱小目标检测算法的研究基础并为目标检测算法研究构造仿真平台.本文在建立弱小目标热模型的基础上,考虑了海面背景的辐射模型以及红外辐射的大气吸收模型,进而计算出弱小目标的红外辐射及大气衰减量,最终可获得经过大气衰减的弱小目标红外仿真图像,取得了较好的效果.     

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。     

空间目标在轨红外成像仿真

为了使空间目标红外成像仿真尽量反应实际在轨工作状态,文中综合考虑目标自发辐射、太阳光辐射、地球辐射和地球反照的影响,结合空间目标在轨单点经纬度姿态数据、材料数据、探测器数据等先验信息,提出了一种空间目标在轨红外成像仿真技术。首先,阐述了空间目标红外成像仿真的理论模型。然后,以某简单立方体卫星为例,进行了在轨红外成像建模与仿真。所提出的空间目标红外成像仿真方法对空间目标探测、识别与跟踪算法的研究具有重要意义。     

大气层外弹道式目标群红外成像建模与仿真

针对天基红外传感器对大气层外弹道式目标群的成像仿真问题,建立了有效的目标群红外特性理论模型、天基红外传感器成像模型和成像仿真工作框架.首先,基于诱饵释放过程建立了目标群的弹道运动模型,并分析了阳光与阴影弹道的判断条件,结合弹道目标红外辐射特性计算模型,实现了在不同时刻、不同观测点下的目标群红外辐射特性计算;根据目标群与传感器之间的相对位置关系建立了天基红外传感器观测模型,并分析了传感器对目标群的可观测性,然后结合基于点扩散函数建立的焦平面成像模型,实现了天基红外传感器对大气层外弹道式目标群的动态成像仿真.最后根据仿真结果,分析了天基红外传感器识别弹道式目标群的难点和并提出了解决途径.     

水面舰艇目标及其背景的红外成像仿真模型研究

基于针对红外成像末制导反舰导弹及其环境进行视频信号级动态仿真,以分析研究其干扰/抗干扰性能的需求,建立了水面舰艇目标的红外成像模型,给出了红外探测阵元对应红外目标零距离辐射功率计算流程,还建立了背景(包括天空和海水)的红外成像模型.最后,应用上述模型和计算流程,通过运行相应的仿真软件,从仿真的红外成像器得到了包含目标和背景的视频红外图像.     

基于BRDF的空中目标红外成像建模与仿真

提出了一种空中目标的红外成像仿真方法.根据能量守恒定律,利用目标在天空背景中稳态时的热平衡方程,求解表面温度场;选取适合的双向反射分布函数模型描述目标表面面元在红外波段的反射特性,提高面元红外反射的真实感.综合考虑空中目标的几何模型,目标自身红外辐射和对背景的反射辐射,结合计算机图形学相关理论,渲染输出空中目标的红外图像.成像仿真的方法为空中目标的探测、识别和跟踪提供了参考依据.     

运动目标的计算机红外成像仿真

运动目标的计算机红外成像仿真有着广泛的应用价值。提出了适用于运动目标红外图像生成的模型和绘制方法,在考虑到大气传输和传感器噪声对红外成像的影响后,给出了不同类型的运动目标的红外图像。实验结果表明,该方法模拟效果真实,算法可靠。     

基于DMD红外场景仿真系统的研究及应用

系统地介绍了数字微镜器件(DMD)的工作原理、发展及应用。分析了DMD在红外场景仿真应用中所面临的主要技术问题,包括二进制脉宽调制(BPWM)可能产生的短暂假信号、动态范围受微镜衍射的限制、出射光瞳的均匀照射、DMD光学窗的光谱透射以及投影仪与被测导引头同步等。同时基于DMD开发了红外场景仿真原理样机,经测试可在受控的环境下逼真模拟比较复杂的战场环境,并能对红外制导系统的性能进行评估和系统参数优化。该系统可用于红外成像导引头与红外成像火控系统的半实物仿真、光电对抗以及红外成像武器系统的教学训练,并可根据用户的要求研制紫外和可见光场景的仿真系统。