空间目标的空基红外测量技术

地基红外测量系统由于受大气衰减和天空背景的影响,对空间目标的探测能力有限。针对此问题,提出了采用空基红外测量系统实现空间目标红外特性测量的设想,通过从决定红外测量系统探测能力的信噪比和调制对比度2个方面出发,推导出了红外测量系统作用距离公式。并利用大气传输软件计算了长波红外在不同高度下的大气透过率、天空背景,理论分析给出了不同高度的空基红外测量系统对不同辐射面积空间目标的探测距离。仿真结果表明,当空基平台高度大于10km时,长波红外不仅可以观测到光照区内的低轨空间目标,而且还可以观测到阴影区内辐射面积不小于40m~2的低轨空间目标。     

太阳、天空和海面自身辐射对海洋背景总体辐射影响分析

海洋背景的总体辐射受到太阳辐射、天空背景辐射和海洋自身热辐射的影响。在简化的海面辐射模型的基础上,对不同波段、不同天顶角和不同大气环境下太阳辐射的变化进行了比较分析;分析了在各个波段太阳光和大气对天空辐射的影响,着重分析了大气单次散射和多次散射太阳光的情况下天空辐射的变化;分析了大气窗内海洋自身辐射、路径上的辐射和海面反射天空、太阳辐射对红外探测器总体辐射的影响。结果表明,这些因素对海洋背景总体辐射具有较大的影响。     

短波红外全天时自主天文导航技术展望

基于2微米全天巡天（2MASS）短波红外巡天点源星表,分别从白天可探测恒星分布、天空背景辐射与大气传输、传感器性能和光学系统视场大小等方面,分析了短波红外波段相对于可见光波段,在大气层内白天观星实现全天时天文导航的优势,并展望了其发展方向。     

防空导弹攻击目标的红外成像特性分析

通过结合对目标的红外成像特性研究,首先阐述了在复杂背景条件下防空导弹对目标的红外成像寻的制导的组成和原理。然后详细分析了地面杂散背景的辐射和散射特征,综合分析了军用飞机被防空导弹攻击目标的红外辐射特性。在对复杂背景辐射特征和目标红外特性分析的基础上,给出了一组典型地表光谱辐射亮度曲线和太阳对地表的全波段辐射能流(辐照度)随时间的变化曲线;绘制出了红外成像导引头在整个红外波段内的探测效能曲线。分析结果对研究防空导弹红外成像导引头如何从复杂背景中将目标的典型特征信息提取出来并进行有效识别和跟踪奠定了基础。     

基于地球红外背景模拟的 水云大气影响初步分析

为支持地球红外背景的模拟研究,以天基观测为前提,计算了2个大气窗口下,4个具有典型大气和地表特征的区域在水云大气下的路径透过率和各成分辐射亮度。通过相对变化比例,讨论了地球背景模拟中水云与地表的图像区分以及地域的影响。结果表明,水云对地球背景辐射传输影响显著:云层下方辐射会被强烈衰减,同时观测路径中的散射辐射大幅增强。在同一选定区域下,积云大气的观测路径亮度相对无云大气下变化最大,在相同水云类型条件下,大气散射和太阳散射亮度在不同区域区别较大,说明在模拟水云地球背景时不能忽略地域的影响。计算和分析结果可为地球背景模拟中的水云红外图像生成提供一定的数据基础和技术支持。     

靶场紫外辐射测量应用前景研究

对天空背景紫外辐射、导弹紫外辐射以及导弹紫外辐射在大气中传输特性进行了分析,对在靶场应用紫外辐射测量的可行性进行了讨论。     

用于确定在天空背景下红外探测器探测距离的分析方法

现代战争中红外敏感探测的广泛应用使航空飞行器面临着严峻的威胁。本文给出一种用于确定红外探测器对目标探测距离（在此距离上的航空飞行器易被红外寻的探测器探测到）的简单分析方法。这种方法可适用于任何对地面或空中目标进行搜索的红外传感器。该方法主要是通过一系列的辐射计算来确定探测距离，其中考虑了目标的辐射亮度、探测器的噪声等效通量密度（NEFD）、信噪比（SNR）等，还可以给出夜间、白昼条件下天空背景及传输路径上的辐照度（由LOWTRAN7．0确定）。文中用实例一步步地对该计算方法进行了说明。     

白天强天空背景条件下空间目标探测能力分析

从空间目标探测的需求出发,提出了在白天强天空背景条件下实现空间目标探测的两种技术途径。通过分析计算表明,采用光谱滤波技术和增长光学系统焦距两种方法对探测能力的提高具有显著效果。     

白天非自发光天体目标探测技术的研究

本文讨论了在白天晴空背景下非自发光天体目标探测系统的探测极限、目标对比度及信噪比与目标特性、天空背景特性、光学系统参数和CCD参数之间的关系,重点讨论了光谱滤波技术对探测极限、对比度、信噪比的影响,数值仿真结果表明:光谱滤波技术可以将目标的光学对比度提高4——8倍,将目标的信噪比提高1.6——2.5倍,可将系统的极限探测星等提高0.4——0.7个目视星等。     

基于背景杂波估计的飞机目标探测波段选择方法

针对空中目标的探测与隐身对抗问题,提出了一种新的基于背景杂波估计的目标探测波段选择方法,基于光线追迹的计算机图形渲染技术,建立地球表面背景-大气-飞机目标耦合辐射模型,采用POE杂波尺度,基于信杂比(SCR)模型确定探测波段的选择宽度。将所选择的探测波段应用于飞机顶视探测,仿真结果显示基于背景杂波估计的目标探测波段选择方法能有效增加探测波段宽度,从而提高探测性能。     

固液混合火箭发动机喷焰红外辐射特性分析

为了研究固液混合火箭发动机喷焰在不同飞行状态的红外辐射特性,建立了固液两相状态下喷焰的红外辐射计算模型,获得了喷焰在2~12μm波段的红外辐射.将喷焰的温度、压力、摩尔组分等作为输入条件,米氏散射(Mie)模型计算颗粒相的散射,采用有限体积法(FVM)离散辐射传递方程,利用中分辨率大气辐射传输(MODTRAN)模型计算不同观测距离的大气透过率,编程计算得到不同飞行高度,不同观测方向下喷焰的红外辐射.结果表明喷焰红外辐射亮度与温度分布类似,在2.7~3.0μm和4.2~4.5μm波段范围内的辐射较强,高温粒子在近红外比远红外对总辐射的贡献大,太空与地面观测不同飞行高度的发动机喷焰辐射率因大气衰减的不同而有所差异,可为目标跟踪与发动机设计提供参考.      

大气及地面红外辐射对高空飞机长波低发射率红外隐身效果的影响

计算分析了蒙皮反射的大气及地面红外辐射对高空飞机采用低发射率材料的红外隐身效果的影响.蒙皮温度采用恢复温度,红外辐射采用反向蒙特卡罗法计算.考虑了夏季和冬季两种典型大气和地面条件,亚声速巡航和超声速巡航两种飞行状态.结果表明:蒙皮对背景红外辐射的反射使得低发射率材料对飞机红外辐射强度的抑制效率降低1.5%~6%;考虑反射的背景红外辐射时,探测距离增加20%~70%;背景红外辐射对低速飞机的红外辐射影响较大,且夏季比冬季更明显;当飞行速度较低时,降低飞机上表面发射率,当飞行速度较高时,降低飞机全部表面的发射率,可获得更好的红外隐身效果.      

星载红外探测阵列对导弹跟踪定位的研究

通过分析研究建立了前视红外探测阵列 (FL IR)对导弹进行精确跟踪、定位的数学模型 ,其中包括导弹的运动模型、大气干扰模型和探测阵列的观测模型。根据探测阵列的原始观测数据 ,利用扩展卡尔曼滤波器 (EKF)精确跟踪导弹目标。由于导弹与探测器的距离较远 ,故可视为点目标。导弹在探测阵列上投影的位置由两部分组成 :导弹真实运动位置和由于大气干扰造成的偏移。滤波器分别估计了这两种位移在探测阵列上的变化。最后用蒙特卡罗方法分析了滤波器的性能。     

环境辐射对亚声速飞行器红外特征影响的数值仿真研究

为了研究复杂环境对典型亚声速飞行器红外辐射特征的影响,本文建立了考虑环境辐射的飞行器红外特征反向蒙特卡罗计算模型。以X45C无人机为对象,分析了其亚声速飞行状态下红外辐射强度的空间分布规律以及飞机红外辐射与环境背景的对比特征。结果表明,亚声速飞行状态下,环境背景对飞机下表面辐射亮度的影响大于飞机上表面,飞机的红外辐射特征与背景的对比随探测方向存在明显差异。     

利用光谱滤波技术提高CCD对天空微弱目标的探测能力

CCD器件是探测白昼晴空中微弱目标的良好探测器。为提高CCD的探测能力,采用了光谱滤波技术来提高目标与背景间的对比度。研究结果表明,光谱滤波对提高微弱目标的对比度有稳定而明显的作用(实验条件下约13倍),使得CCD易于探测到表观对比度小于0.006的目标。本研究为CCD应用于天空微弱目标探测提供了理论根据。为便于研究,进行了白昼晴空背景及典型目标的光学仿真。背景模型选自常规武器靶场的典型天空;为使仿真目标具有普遍意义,选八号曳光弹为目标。本文首次提出了CCD作用距离公式,并进行了探讨,还讨论了提高对比度对增加作用距离的影响。     

基金档案

[项目编号]20070112001[项目负责人]梁晓庚[依托单位]中国空空导弹研究院复杂背景下红外背景抑制与弱目标识别完成情况简介：本项目主要开展：1）利用目标的几何特性和表面材质计算其红外辐射,然后通过大气衰减和成像器模型得到目标在图像中灰度,最后与真实的红外背景叠加,获得红外弱小目标仿真图像。     

白天大气层内星敏感器观星能力分析

利用星敏感器进行白天大气层内观星,首先要解决的问题是强天空背景的干扰。通过对白天天空背景和不同光谱恒星的特点进行分析,提出了光谱滤波和偏振成像加形态学滤波和多帧图像累加的技术路线,综合利用光学方法和图像处理方法提高观测对比度和信噪比。给出了白天观星的信噪比模型,并在不同天空背景偏振度条件下,得出了G、K、M光谱恒星的0至5等星的单帧图像信噪比和对应的使CCD(Charge Coupled Device,电荷耦合器件)接近饱和的极限曝光时间。结果表明:星等值越低,天空背景偏振度越大,则信噪比越高;同等条件下,信噪比由小到大依次为G、K、M光谱恒星;而对于低信噪比的图像,通过多帧累加后可满足观测的要求。     

扫描跟踪和图象跟踪之间的协调控制

扫描跟踪和图象跟踪方式之间的协调控制系统设计者提出了一些重要的问题。扫描跟踪用于点目标，图象跟踪用于大面积目标；在任何给定条件下，有时两种方法都可能用到。必须找到协调控制的一个最佳点。目标还可能在扫描跟踪和图象跟踪最佳的状态之间变化。当用一种方式丢失目标后，用另一种方式再次捕获目标又是另一个必须论述的问题。两种方式的局限性是需要考虑的：采用二维空间算法点点目标探测取决于目标和滤波器这两者的外形尺寸大小。图象跟踪的实现主要取决于目标的大小和形状。本文将论述采用典型的扫描跟踪探测点目标的探测算法，简要地介绍一种典型的图象跟踪器并给出几种不同情况下获得的结果。     

一种基于背景自适应的运动目标检测与跟踪算法

背景图像差分法是运动目标实时检测中常用的方法,但缺乏背景图像随监视场景光照变化而及时更新的合理方法,限制了该方法的适应性。对此,文章首先提出了一种自适应背景更新方法;然后利用最大类间方差法实现运动目标的自适应阈值分割,并利用基于形态学方法的连通区检测算法检测运动目标;最后以Kalman滤波为运动模型实现对运动目标的连续跟踪。实验结果表明:所提方法可随着光照条件的变化,实时、准确地检测出运动目标并实现稳定跟踪。     

日臻完善的机载无源探测系统

红外搜索跟踪（ＩＲＳＴ）·系统是一种无源探测系统，它利用红外传感器捕捉和跟踪目标辐射的红外能量。５０年代研制的第一代机载红外探测装置，是一种简单的前视红外摄像机，只能进行简单的目标提示和跟踪，在机载火控系统中只是一个辅助系统，机载火控系统的主传感器是雷达，这是因为当时的红外探测装置受背景和气象条件的影响较大，抗干扰能力，特别是对云层反射阳光的干扰缺乏抵御能力，而机载雷达已相对成熟。但是，作为一种有源探测系统，雷达的缺陷也是显而易见的，它工作时很容易暴露自己，也容易受到干扰，尤其是载有先进电子干扰…