基于扫描面阵的红外预警系统及其探测性能分析

目前红外搜索跟踪(IRST)系统普遍采用红外焦平面传感器,线阵FPA使系统达到了更高的灵敏度和分辨率.然而由于线阵FPA扫描系统的固有限制,IRST系统不能实现任意方位的潜在目标跟踪,而采用面阵FPA的IRST系统可以较好的解决这些问题,但帧积分时间内探测器的扫描运动使图像存在严重的拖尾,给目标探测带来了影响.介绍了一种基于面阵FPA的全方位红外预警系统设计,并对采用线阵和面阵FPA探测器的系统性能进行了对比分析.提出通过目标能量累积技术弥补目标拖尾对面阵FPA扫描系统探测性能的影响,实验验证了能量累积技术可以使面阵IRST达到接近线阵IRST的探测距离,同时具有更低的虚警率.     

IRST系统搜索扫描速率对探测距离的影响

在搜索状态下的探测距离是搜索跟踪系统的重要性能指标。从搜索状态下系统探测器能量积分的过程进行理论分析,得到了系统扫描速率与系统探测距离之间的关系,导出了扫描速率对IRST系统探测距离影响的关系方程。为IRST系统的综合评估和设计提供了一个重要的依据。     

红外搜索跟踪系统探测距离缩比测试方法

红外探测距离作为红外搜索跟踪系统(IRST)的重要技术指标,如何便捷地对红外探测距离进行精确测试成为影响红外搜索跟踪系统(IRST)研制的关键环节。分析了现有的红外探测距离测试的外场试飞存在的优缺点,提出了红外探测距离的缩比探测方法。该方法利用缩比探测的原理,引入真实大气路径和真实场景,通过精确控制模拟辐射源的辐射能量来实现红外搜索跟踪系统(IRST)红外探测距离测量,针对近地面大气透过率复杂多变的特点,引入了大气透过率校正因子对近地面大气透过率进行校正,经过A,B两型红外搜索跟踪系统(IRST)的试验验证,测得的红外探测距离与真实试飞数据最大误差为12%,且相对于外场试飞,极大地缩短了研制周期,降低了研制费用。     

一种长波标准成像镜头仿真设计

长波红外探测器是机载红外搜索跟踪系统(IRST)的核心传感器,其成像质量的优劣直接决定了IRST的目标检出等关键技术指标,最终影响IRST的红外探测距离。设计了一套长波标准成像镜头,焦距150 mm,系统总长210mm,调制传递函数达到衍射极限,畸变小于2%,在红外探测器筛选或验收过程中能够准确定量地评价其成像质量。     

红外搜索跟踪系统作用距离分析与计算

针对环境对红外搜索跟踪系统作用距离的影响,分析了传统作用距离方程中与环境有关的参数,进而改变了作用距离的表达形式.在新的作用距离表达式中,等效噪声功率充分反映了包括环境噪声因素在内的各类噪声的大小,通过分析探测器数字图像中噪声统计特性,并依据探测器灰度灵敏度估算了等效噪声功率,从而达到在不同的实际应用环境中估算红外系统...     

基于红外辐射信息的IRST系统机动目标跟踪算法

传统的IRST(红外搜索与跟踪)系统是一个仅有角测量的系统,对于目标距离是不可观测的。文中增加了红外探测器对目标红外辐射的响应信息这一测量项,使其成为一个距离可观测系统,并在此基础上,建立了目标的观测模型,推导出了机动目标跟踪的EKF跟踪算法。通过跟踪一个机动目标的仿真过程,对算法性能进行了检验,结果表明：本算法对机动目标能进行有效的跟踪,而且跟踪精度也是令人满意的。     

红外搜索跟踪系统探测距离估算方法

依据小哈德逊经典探测距离估算公式,从工程应用角度出发提出了一种改进红外探测距离估算方法。该方法在原理论基础上依据目标辐射特性、光学系统设计能力、探测器性能、大气传输等方面进行估算,同时分析了光学系统能量利用效率、红外探测器电路噪声、目标背景辐射影响对红外探测性能的影响。最后通过仿真分析,将经典方法距离估算结果与经过改进方法修正后的结果进行比较,验证了改进后距离估算方法在IRST系统设计评估中的有效性。     

凝视型海上红外搜索与跟踪系统(上)

英国QinetiQ公司为英国国防部研制了一种海上红外搜索与跟踪(IRST)演示器。该系统使用两台凝视型红外摄像机以及能够分裂视场的光具以便对地平线进行全景跟踪。同现有的扫描型红外搜索与跟踪系统相比,使用凝视型探测器的红外搜索与跟踪系统具有更高的灵敏度和追踪速率。演示器配备的是已成商品的640×512元中波红外探测器,但它在将来也可接纳1024×768元的探测器。演示系统装有一种特殊的可变换滤光片以便根据主要的环境状况选择最佳的工作波段,并装有一种光束转向器以利于非均匀性校正和图像的稳定。利用现场可编程门列阵(FPGA)和用于探测和跟踪的PowerPC硬件,演示系统已实现了实时数据处理。本文描述凝视型海上红外搜索与跟踪系统并介绍其一些输出图像。     

采用低发射率红外材料对探测距离和概率的影响

为研究双机空战中目标机采用低发射率红外材料后对攻击机机载红外搜索跟踪系统探测距离和概率的影响,建立了飞机运动过程和机载红外搜索跟踪系统探测距离计算模型,得到了相向飞行、同向飞行和侧向飞行三种典型的双机空战过程中探测距离和概率随飞行时间、速度、轨迹的变化规律。计算中考虑了目标的光谱辐射特征、大气透过率和探测器性能等因素对探测距离和概率的影响。结果表明目标机采用低发射率红外材料抑制红外特征后,在相同探测概率的情况下,探测距离明显减小;在攻击机与目标机相同距离的情况下,探测概率明显下降。     

第三代红外搜索和跟踪（IRST）系统

红外搜索和跟踪系统是现代战争中重要的关键系统之一,随着军事的需要以及红外焦平面阵列的迅速发展,已经开始第三代红外搜索和跟踪系统的研究.第三代IRST系统的主要特点是探测和识别距离远,具有360°水平全景覆盖范围,单波段或双波段工作.本文主要介绍正在研制的几种典型的IRST系统,包括法国Thales的"月女神"IRST、法国Sagem的VAMPIR NG IRST、以色列Rafael的海上观察者等系统.未来的IRST系统将是多波段、多功能系统,能够实现全空域探测.文中还介绍了一些新的解决方案,如采用球形传感器和曲面焦平面,改善IRST系统的能力.     

红外点目标探测系统作用距离方程理论研究——基于探测率温度特性与背景影响

考虑探测率的温度特性和背景的影响之后,对传统的红外点目标探测系统作用距离方程进行了修正.从探测率的物理特点出发,引入波段探测率修正因子,重新推导了红外点目标探测系统的作用距离方程.所述数学模型可作为系统设计和性能评价的理论依据.     

Operating Distance Equation and Its Equivalent Test for Infrared Search System with Full Orientation

An operating distance equation of infrared search system with full orientation has been derived for a system design with an infrared point target and with the regular atmosphere condition and objective radiation properties. The traditional operating distance equation of infrared search system is corrected. An equivalent test method of system-operating distance equation is brought forward, if the test conditions are deviated from the regular atmosphere condition and objective radiation properties for the system design. The equation and method can be used to design and test system, and to evaluate comprehensive performances for the infrared search system.     

红外成像跟踪系统作用距离等效测试方法与验证

考虑到大气环境条件、红外探测器的性能以及目标和背景热辐射特征等因素对红外成像跟踪系统作用距离的影响,针对红外成像跟踪系统作用距离的指标要求,在保证目标成像像素大小和目标与背景图像反差不变的情况下,提出了通过近距离小目标小温差等效替代的作用距离测试方法,并对等效测试的结果进行了远场动态试验验证,所得结果为红外成像跟踪系统的设计和作用距离评估提供了依据。     

红外搜索跟踪系统作用距离等效折算

传统的红外搜索跟踪系统作用距离方程存在一定的局限性,没有考虑背景辐射的影响。为了完成红外搜索跟踪系统对天空背景下快速运动小目标,在不同气象和飞行条件下作用距离的等效折算,推导了考虑天空背景辐射的点目标红外搜索跟踪作用距离模型,根据模型对不同气象条件下某型红外搜索跟踪系统对某型靶机的作用距离进行了推算,并利用红外搜索跟踪系统对靶机的飞行试验实测数据对模型进行验证,结果表明,模型精度较高,可以用于外场试验时红外搜索跟踪系统作用距离的等效折算。最后,利用模型对某型红外搜索跟踪系统对特定气象条件、不同飞行条件下某型导弹的作用距离进行了等效折算。     

红外点目标作用距离数学建模与评估

在红外探测系统总体方案设计中,为了能够快速而准确地了解众多参数对性能指标的影响,针对其重要参数作用距离进行了研究。首先分析目标与背景的对比辐射强度在像面上产生的电子数,其中考虑了滤光片的光谱透过特性和点扩散函数与像元的相对位置对系统能量集中度的影响;然后基于红外光学系统成像链路物理特性,定量研究红外光电系统的时域噪声和空域噪声在像面上的辐照度。基于图像目标信噪比检测判据给出了综合各种噪声条件下针对红外点目标的作用距离计算方程。最后,以航空平台上一套中波红外凝视探测设备为例来进行作用距离的计算和分析。通过示例验证了作用距离计算方程简单可行,可针对不同条件、地域对红外成像系统作用距离进行预估。作用距离计算方程可以帮助使用者在设计初期阶段确定不同参数对红外探测装置性能的影响。     

空间低温点目标红外探测系统的作用距离的计算与等效测试

应用于空间环境的低温目标红外探测系统,其作用距离是系统的重要性能指标。本文推导了以红外焦平面探测器噪声为主要因素的点目标红外探测系统的作用距离估算方程,结合实例求解了典型红外探测系统的探测系统的作用距离。针对空间低温点目标,基于信噪比判断准则,采用能量等效和尺度缩比等效的方法在实验室内验证了红外探测系统的作用距离,测试结果符合理论估算。试验表明,该方法可在实验室内用于评估低温点目标红外探测系统的作用距离。     

基于RX算子的背景杂波抑制

红外图像复杂背景杂波抑制是红外监视告警系统发现远距离弱小目标的难题。文章根据红外图像中目标和背景杂波的特性,提出了一种将RX算子与非线性扩散方程相结合的弱小目标背景抑制新方法。该方法首先采用非线性扩散方程对图像进行多尺度分解,获得图像的多尺度特征,然后,根据目标和背景杂波信号系数在不同尺度之间的差异,通过应用RX算子进行处理,从而将红外图像中弱小目标和背景杂波分离,达到抑制背景的目的。实验结果显示,与二维最小均方误差滤波方法相比较,该方法能有效地检测出信杂比在1.6以上的目标。     

OPERATING DISTANCE AND COMPREHENSIVE PERFORMANCE EVALUATION FOR INFRARED SEARCHING SYSTEM

The factor of signal processing is not described in detail in the traditional operating distance equation of the infrared searching system. In this paper, operating distance equation is amended, the effect of signal processing on operating distance of infrared searching system is analyzed, and a comprehensive performance factor for infrared searching system is introduced. A mathematics model is advanced as theoretical basis for the system design and performance evaluation.     

基于NETD的红外探测系统作用距离分析

由于红外焦平面阵列(Infrared Focal Plane Array, IRFPA)已成为红外探测器发展的主流,用IRFPA的参数来评价红外探测系统的综合性能变得至关重要。推导了以噪声等效温差(Noise Equivalent Temperature Difference, NETD)参数表示的红外探测系统的作用距离方程,考虑了背景辐射和目标成像弥散效应对探测的影响,计算了不同能见度条件下系统对点源目标的作用距离。结果表明,大气能见度越好,红外探测系统的作用距离就越远。分析了红外探测系统的探测能力随NETD值的变化。随着NETD值的增大,红外探测系统对目标的作用距离显著减小。研究结果能为红外探测系统的设计和性能指标评价提供参考。     

复杂背景下玫瑰扫描红外探测系统作用距离评估方法

对复杂背景下传统作用距离方程无法准确评估红外探测系统作用距离的问题,提出了玫瑰扫描体制下复杂背景中不同辐射亮度区域被探测的概率计算方法,结合推导的玫瑰扫描红外探测系统作用距离模型,得出复杂背景下玫瑰扫描红外探测系统作用距离概率模型。基于红外热像仪采集的背景灰度计算玫瑰扫描红外探测系统响应脉冲幅值的计算方法,利用外场实测数据对该模型进行验证,并与实验结果进行了对比分析,结果证明改进后的概率模型能够一定程度解决复杂背景玫瑰扫描红外探测系统作用距离估算的问题,具有一定的实用价值。