红外成像制导半实物仿真技术研究

为研究红外成像制导系统在复杂环境下的各项性能,需在内场建立贴近真实环境的半实物仿真试验环境。围绕这一目的,介绍了基于五轴转台的半实物仿真系统和基于六自由度的半实物仿真系统组成及工作原理,分析了红外成像制导技术的发展带来的目标区多波段多谱段场景模拟、面向博弈对抗的复杂仿真场景模拟以及分布式协同制导的实时仿真环境构建等需求,提出了需要解决的仿真总体技术、多波段多谱段目标区大范围场景快速建模技术、目标区场景多波段多谱段生成技术、试验设计与仿真评估技术等主要仿真关键技术。     

国内外红外制导武器系统半实物仿真技术评述

本文评述了国外第一、二代追踪热点目标红外制导导弹半实物仿真的技术水平及发展趋势,介绍了美国陆军高级仿真中心的红外仿真系统等红外仿真设备;论述了国外第三代红外成像制导导弹半实物仿真的技术水平及发展趋势,介绍了电阻元阵列、薄膜式可见光/红外图像变换、激光扫描VO_2薄膜调制、液晶调制等较有前途的红外图像生成技术;此外,还介绍了我国红外制导导弹半实物仿真技术的发展概况。     

11.4μm外腔宽调谐量子级联激光器研究

光谱法是目前最主要的痕量气体检测手段之一。外腔量子级联激光器因其宽调谐、窄线宽、中红外波段输出等特点成为痕量检测系统中的重要激光光源。针对有毒有害大气污染物检测需求,采用新型Littrow外腔技术,实现中心波长11.4μm中红外波段827.7cm?1～928.7cm?1(波长10.7μm～12.08μm)宽调谐激光输出,线宽小于1cm?1。该波段的宽调谐激光输出是国内首次报道,解决了三氯乙烯、光气、萘等痕量有毒有害气体同时在线检测的难题。     

红外成像制导防空导弹半实物仿真方法研究

红外成像制导控制半实物仿真系统通过构建导弹飞行过程中红外目标场景、角运动等模拟环境,将制导控制系统实物接入仿真系统并构建实时仿真回路,对制导控制回路的性能和产品特性进行验证。针对防空导弹制导控制系统仿真,提出了一种红外成像半实物仿真方法,给出了仿真系统设计方案,构建了验证系统。试验结果表明该系统能够有效模拟红外成像制导导弹运行状态和目标环境。随着仿真系统硬件水平的不断提升,该方法能够应用于更多红外成像武器装备的试验验证中。     

陨星和月球土壤的光谱识别

文章研究了使用符号检验法和秩和检验法等数理统计方法在短波红外-长波红外光谱范围(2．0795～14．011μm)内选择识别陨星和月球土壤光谱波段的问题，并对所选出的波段进行了相关性分析，最终选择了5个多光谱遥感波段，它们是：2．23～2．66μm，3．52～3．74μm，6．97～7．12μm，8．63～9．09μm和12．84～13．64μm。该项研究对中国探月计划具有参考价值。     

红外成像技术在精确制导及人记真应用中的最新发展

叙述了红外焦平面阵列的发展情况，导弹半实物仿真技术的最近发展，弹道导弱是防护计划中拦截器的半实物仿真。红外成像制导半实物仿真技术等专题的技术近况。     

基于微波光子学的射频制导半实物仿真方法研究

未来射频制导性能的高效验证对射频制导半实物仿真系统提出全新的挑战,需要该系统具备瞬时大带宽、多波段、多仿真系统协同工作、多场景适应等能力,进而对宽带射频信号的低损传输、幅相控制、复杂回波信号产生、高性能频综信号产生等技术提出了严苛的要求。针对基于传统微波技术的半实物仿真系统受限于带宽、体积、质量、电磁干扰等的瓶颈问题,提出基于微波光子技术的解决方案,利用其宽带频谱资源,突破传统射频系统的带宽限制;利用其并行处理特性,提升宽带信号的处理能力,实现多波段融合、波束间交叉互连;利用其轻质低损特性,减小系统体积和质量,提升宽带信号长距离传输性能。     

百万像素中波红外焦平面组件研制

中波红外焦平面组件是"高分四号"卫星凝视相机红外成像通道的核心器件。为满足航天型号应用要求,华北光电技术研究所项目团队立足国内技术基础,采用主流的红外焦平面组件技术路线,突破了高均匀性中波红外材料制备、百万像素中波探测器芯片加工、超大规模读出电路设计、高密度铟柱阵列倒装互连、大冷头尺寸微型杜瓦封装等关键技术,研制了像元数为1 024×1 024的百万像素大面阵中波红外焦平面组件,对大面阵中波红外焦平面组件的像元响应一致性、航天环境适应性、可靠性等进行了优化设计,并进行了地面测试和试验验证。中波红外焦平面组件的噪声等效温差达到21.4m K、有效像元率优于99%,经过高温70℃条件下1 500h长期存储和12 000次开关机温度冲击等试验后性能稳定。测试和试验结果表明:像元数为1 024×1 024中波红外焦平面组件产品的性能、环境适应性和可靠性满足技术要求。     

多波段红外目标的空谱关联检测算法

针对高速运动空中目标在远距离探测过程中能量微弱、信噪比低的问题,本文提出了多波段红外目标的空谱关联检测算法.首先利用目标的红外成像特性实现噪声滤除、目标增强与背景抑制,提升图像对比度,并利用连通域分割方法实现潜在目标区域提取.在此基础上,构建目标和背景的多波段光谱特征库,采用RX异常检测算法有效剔除单一波段的虚警,得到多波段红外图像的空谱关联目标检测结果.基于不同背景、不同光照条件场景下的多波段红外图像数据进行仿真实验.实验结果表明,多波段空谱关联检测结果优于任意单一波段的检测结果,目标检测准确率达到98.35％,而虚警率仅为7.5×10-7,验证了本文算法对于远距离目标检测的有效性.     

应用于导航接收机的CMOS可变增益放大器设计

设计一种应用于COMPASS/GPS双系统兼容接收机射频芯片的CMOS可变增益放大器。放大器电路的增益由可变跨导和可变输出负载共同实现,并通过指数电压转换电路实现电路增益与控制电压的dB线性变化特性。基于SMIC 0.18μm CMOS工艺库的仿真结果表明,在保证较小芯片面积及较低功耗的条件下,所设计的可变增益放大器实现了-95dB～32dB的宽动态范围增益控制。     

低空多喷管发动机喷焰红外特性研究

对多喷管火箭发动机低空尾焰的红外辐射特性进行了研究.基于热流法建立了喷焰红外传输计算模型,数值模拟了四喷管发动机尾流场2～5 μm光谱的红外特性.获得了光谱、波段辐射强度仿真数据及红外仿真热像,并与单喷管喷焰的红外特性进行了比较.考察了不同的喷管间距、探测方向、飞行高度对喷焰表观辐射强度的影响.结果表明,多喷管尾喷焰红外辐射光谱选择性与单喷管相似,但光谱峰值无线性关系;对于低空四喷管发动机尾喷焰,红外特性随喷管间距增加有所增强,随飞行高度增加,喷焰红外辐射强度提高.     

一种W波段低损耗宽带单平衡混频器设计

针对某型半实物仿真系统大带宽、高动态的技术需求,研制了一种覆盖整个W波段的单平衡混频器。混频器基于波导-石英混合电路以及分立肖特基二极管设计,射频信号经减高波导同相激励两个肖特基结,以减少无源电路的额外损耗。本振信号通过波导E面探针输入,以准TEM模反相激励肖特基结。测试结果表明,所设计混频器在13dBm本振功率激励下,可在75~110GHz范围内实现6~8dB的单边带变频损耗,中频带宽为DC~35GHz。该混频器与国内外同类高性能产品技术性能相当,已成功应用于W波段半实物仿真系统中。     

固体火箭发动机羽流红外辐射特性研究

考虑了羽流组分间的化学反应,应用Roe-FDS格式求解羽流场,再用羽流场参数作为输入条件,采用离散坐标法和谱带近似法对固体火箭发动机羽流在光谱2～5μm内的红外辐射特性进行了计算,羽流气相辐射强度随波长变化规律的计算结果与实验值基本一致。计算结果表明,不同羽流位置点的光谱辐射强度随波长变化规律一致,纯气相辐射强度在2.7μm和4.3μm处出现峰值,随羽流场轴向和径向尺寸的增大而减小,在其他波段无明显变化规律;气相与粒子总辐射强度随波长的增大而减小,其辐射强度远大于纯气相的辐射强度;观测方向与羽流轴线夹角的方位角增大,红外辐射强度减小。     

动态场景目标光、电特性仿真方法综述

动态场景光、电特性仿真技术是目标识别技术发展中的关键技术之一,目标特性仿真的精度和效率越来越受到关注。为推进目标动态场景的光、电特性仿真能力的发展,结合国内外研究成果,对基于物理模型的精确建模方法和基于目标特性数据库的工程化仿真两类动态场景仿真方法的思路、发展趋势、存在问题进行了梳理,为动态场景目标特性精确建模和海量突防场景特性数据生成及训练的发展方向提供了参考。     

大气色散对航空双谱段高分辨率斜视成像影响

航空双谱段高分辨率斜视成像载荷作为重要的成像手段,具有焦距长、分辨率高等特点,由于大气层上疏下密的分层特性,光线在大气中斜视传播时,导致光谱展宽并产生色散和畸变,严重影响系统成像分辨率和目标定位精度。文章分析了斜视成像的几何特性;利用MODTRAN软件仿真分析了斜视成像时大气透过特性和光谱散射特性;通过光线追踪法定量分析了大气色散对可见光和中波红外谱段的光线弯曲和光谱色散的影响,并提出了基于多光谱ZnS楔形窗口补偿方法。结果表明,远距离斜视成像可见光近红外0.50～0.95μm透过率高,散射小;中波3.70～4.80μm散射和路径辐射效应较小,光线斜视传播时,光线弯曲角度基本一致;大气色散对可见光谱段影响较大,航高20km斜视120km时,成像分辨率由0.375m退化至4.2m,大气色散对中波红外谱段影响较小;色散补偿后,可见光谱段色散角度下降为原来的1/2,中波红外谱段不受影响,在提升可见光成像品质的同时,保持中波红外谱段色散特性不变。     

典型卫星表面材质的近红外干涉光谱反演

为研究空间碎片表面材料发生镜面反射时的光谱特征,采用光纤光谱仪联合高精度测角光度计,测量了4种典型空间碎片材质在多种入射角下的可见-短波红外光谱反射率,发现三结砷化镓电池片和聚酰亚胺包覆膜的镜面反射光谱在近红外波段(1 000～1 800 nm)出现了明显的等倾干涉光谱条纹。进一步分析表明,该光谱条纹由空间材质本身的多层工艺结构特性引起,并运用相关分析法建模计算求得砷化镓层厚度为5.518 9μm,近红外折射率为3.472 4;聚酰亚胺层厚度为24.210 6μm,近红外折射率为1.707 4,反演结果与材质标称参数相符。实验结果表明:近红外谱段镜面反射光谱特征可用于多层结构的空间碎片材质的厚度、折射率等工艺特性反演,该方法可为卫星材质精细辨识提供新的研究思路。     

PtSi肖特基势垒IRCCD焦面阵列的设计和性能

该文介绍高性能PtSi肖特基势垒探测器64×128元红外CCD焦面阵列。掩埋沟道CCD成像器具有一个行间传输机构,它有22％的有效探测面积和120×60μm的像元尺寸。高性能薄型铂硅探测器的截止波长约6.0μm,而在3.0～4.5μm的光谱段有4.0～1.0％的量子效率。根据过程参数和工作电压,这些红外探测器在77K测得的暗电流密度为5到60nA/cm~2。在一个电视兼容的红外相机里,高质量的热图像通过64×128元PtSi肖特基势垒红外CCD焦面阵列得到。红外CCD照相机在没有垂直隔行扫描的情况下,以60帧每秒工作。     

冲压发动机控制系统的半实物仿真试验研究

将燃油调节器、电子控制器以实物形式接入半实物仿真试验系统,将控制回路另外部分包括对象发动机和导弹的动态特性在数字仿真器上实现。数字仿真器通过输入输出接口与冲压发动机的控制器进行联接,从而搭建了冲压发动机控制系统的半实物仿真试验平台。通过一系列半实物仿真试验表明,构建的平台可以实现考核控制系统设计的目的。     

基于dSPACE的飞行器控制半实物仿真系统快速搭建

针对半实物仿真大数据量传输和仿真系统快速开发的问题,利用dSPACE系统构建了飞行器控制半实物仿真系统,介绍了系统的硬件构成及关键技术。采用DS4201s板卡的串口模块与转台控制机进行通信,三轴转台和惯测单元7200组合完成三轴角速率的模拟,利用232串口实现了加速度信息的发送,解决了执行机构反馈电压的采集和A/D转换问题,利用simulink的RTW功能完成飞控程序向DSP芯片的下载。各硬件设备的仿真结果表明控制系统具备闭环仿真能力,且新增硬件设备能快速加入仿真闭环,达到了快速开发半实物仿真系统的目的。〖JP〗
     

关于射频与红外复合寻的制导系统的半实物仿真技术

随着精确制导技术的发展,现在不再是利用单一的雷达或者红外寻的 制导方法实现对目标的探测、跟踪,而是采用多谱段组合的复合寻的方法实现对 目标的探测、跟踪和指令的形成。目前最常用的复合寻的是射频与红外复合寻 的。因此,要在内场实验室内进行复合寻的制导系统的性能验证和评估,半实物 仿真试验是必不可少的技术途径,本文简要介绍了射频/红外复合系统半实物仿 真试验的可行的几种方法。