红外告警系统三站被动测距目标确认及精度分析

介绍了基于红外告警系统的被动测距原理,探讨了影响被动测距的误差来源,在此基础上给出了目标同一性的判定条件,结合作战使用分析了三站红外被动测距系统的目标测距精度。结果表明,2 km的站点布阵可以保证对22 km范围内的目标测距精度优于8%,对40 km范围内的目标测距精度优于15%,可实现对目标全方位、远距离、高精度被动测距。     

水下噪声目标被动测距技术研究

运用被动测距声纳中的三元测距技术，通过直接测1、3阵元的时延差来实现时延估计。仿真结果表明，改进的时延估计方法可提高时延估计精度，从而改善测距精度。此外，定义临界距离，并以此为分界点，分别采用K系数分配法和直接测量法对中远程和近程目标进行测距，解决了被动声纳的近程测距模糊问题。将其应用于声纳系统中，可显著提高声纳的被动测距能力，使被动测距声纳可全程测距。     

基于大气氧光谱吸收特性的单目单波段被动测距

根据目标红外辐射在大气中传输衰减的特性探测传感器与目标的距离, 隐身无源, 难于被敌方探测, 发展了一种基于大气氧组分光谱吸收特性的单目单波段被动测距方法.引入视线路径的概念, 将氧物性分布场离散化, 寻找辐射积分路径; 利用离散传递法基本思想, 得到目标窄带辐射强度分布.基于氧分子吸收发射谱独立、吸收系数恰当, 饱和可测范围大等特性, 分析氧吸收波段内谐振频带和远谐振频带辐射强度谱线分布的相对关系, 得到其与积分路径(即距离)的关联. 采用分辨率为0.75 nm半高宽的窄带高分辨率光谱仪, 实地校准氧物性分布场, 实现了测距实验范围75–200 m, 模型测算相对误差最大为7.56%的样机. 关键词： 被动测距 单目测距 单波段测距 氧光谱     

一种基于warping变换的浅海脉冲声源被动测距方法

针对浅海波导中脉冲声源被动测距问题, 提出了一种利用接收信号的能量密度函数进行warping变换的声源被动测距方法. 对于浅海波导, 接收信号的能量密度函数中不同号简正波相干部分, 经warping变换后输出结果的频谱中包含与声源和接收器位置无关的不变性频率特征. 这些特征频率在数值上等于理想波导中相干的两号简正波的截止频率差, 与海底参数无关, 因此仅需已知海水中的平均声速和海水深度便可计算出特征频率值. 当声源距离未知时, 利用特征频率的提取值与真实特征频率之间的关系可以实现快速测距, 极大地提高了计算速度. 为了验证方法的有效性, 对2011年11月黄海海域水声实验的接收脉冲数据进行了处理, 测距结果与实测距离符合良好, 平均测距误差在8%以内.     

基于特征分析的自适应干扰抑制方法在水声目标被动测距中的应用

针对海洋环境中真实目标常常被强干扰掩盖而难以检测与定位的问题,本文提出了一种基于特征分析的自适应干扰抑制（EAAIS）方法,并将其应用于水声目标被动测距。EAAIS方法预先确定目标方向在一个可能的角度范围内,根据接收数据互谱密度矩阵（CSDM）单个特征向量的波束形成,构造合适的判决因子来自适应地估计并去除CSDM特征空间中的非目标信号子空间以抑制干扰和噪声。然后利用修正后的CSDM进一步获得更清晰的目标的声场干涉条纹,通过匹配声强的频谱结构进行水声目标被动测距。海试数据验证了EAAIS方法在强干扰环境下有效实现水声目标被动测距的能力。     

一种基于序贯估计的直达声区水面舰船被动测距方法

该文利用基于射线的盲解卷积方法,从直达声区的水面舰船噪声中提取出船和锚系于海底的垂直接收阵之间的时域信道响应,并利用直达波在不同阵元相对于参考阵元的到达时间差,通过序贯方法,利用射线模型和声速剖面信息,对水面舰船距接收阵的距离进行了估计。通过处理海深约为580 m的2016年美国圣巴巴拉海峡的实验数据,对1.6～3.5 km直达声区范围内Anna Maersk商船与垂直阵之间的距离进行了估计,验证了测距方法的有效性,并将结果与系统测量值和几何方法的估计值进行了比较。由于该方法不需要对海底参数进行估计,所以在海底参数未知时要优于传统匹配场方法;在声速剖面存在跃层且海底为多层分布的复杂信道条件下,该方法仍能对距离进行有效估计,且与测量值的相对误差在6%以内,小于几何方法的估计误差,测距结果精度较高。     

一种基于单水听器的浅海水下声源被动测距方法

针对浅海波导中宽带脉冲声源的被动测距问题,本文在群延迟理论的基础上,与warping变换处理相结合,提出了一种适用于浅海波导中宽带声源的单水听器被动测距方法.利用warping变换可以实现对脉冲声源接收信号各阶简正波的分离提取,对分离后的简正波进行时频分析处理可以得到各阶简正波到达时刻和频率之间的关系,即各阶简正波的频散曲线,从而得到任意两阶简正波到达接收水听器的时延差.海底相移参数P是描述海底地声参数的一个重要参量,包含了海底地声参数信息,在海底环境参数未知而P已知的情况下,利用P和简正波水平波数之间的关系可以求得任意两阶简正波的?S_(g,mn)(群慢差).根据群延迟理论,利用得到的任意两阶简正波的时延和?S_(g,mn)可实现利用单水听器对水下声源进行被动测距.本文提出的测距方法测量简单、计算方便,具有较强的实用意义.数值仿真和海上实验数据处理结果的测距误差都在10%以内,证明了该方法的有效性.     

氧气吸收被动测距技术中的折射吸收误差

大气层中气体浓度随海拔高度的指数衰减造成了大气折射率的不均匀分布。目标辐射在大气层中传播时,其辐射路径因折射作用变为曲线,而在求解目标距离时却是沿视在路径计算氧气吸收率,这使得氧气吸收被动测距中存在一个固有误差项,这里称之为折射吸收误差。为了分析折射吸收误差对氧气吸收被动测距的影响,分别计算目标辐射路径和视在路径的氧气浓度,并通过辐射路径和视在路径上吸收气体含量相等的方法,建立了不同视在天顶角的折射吸收误差和目标真实距离的关系。结果表明:相同天顶角下,折射吸收误差随路径长度增加而变大。天顶角小于90°时,折射吸收误差变化规律复杂,但能满足100km以内的高精度近程测距和150km以上的远程告警;天顶角大于90°时,折射吸收误差的变化规律简单且误差值很小,可实现全程高精度测距。因此该结论可为氧气吸收被动测距技术的误差修正提供一定的理论支持,同时也证明了该被动测距技术的适用性。     

波导不变量误差对频域β-warping变换及浅海被动测距的影响*

频域β-warping变换可将接收信号自相关函数中简正波互相关部分,变为时域上时延随声源距离线性增大的脉冲序列。对信号自相关函数进行β-warping变换需要已知波导不变量值。但是,在实际应用中,很难获得波导不变量的准确值。研究表明,在事先获得粗略的水体声速剖面参数的情况下,如果估计得到的波导不变量为其真实值的q倍,那么频域β-warping变换后得到的脉冲时延也会变为波导不变量取真实值时的q倍。进一步研究表明,在水平不变浅海波导中采用频域β-warping变换进行被动测距时,通过设置一个已知距离的引导声源,那么即使估计得到的波导不变量存在一定误差,实际测距结果仍与真实距离符合得较好。     

利用近场MVDR双聚焦波束成形方法实现被动测距

本文分析了近场环境下基于双聚焦波束成形的水下被动测距方法。通过修正MVDR方向矢量,得到了适用于近场环境的MVDR。仿真实验证明近场MVDR双聚焦波束成形测距方法优于普通波束成形和远场MVDR双聚焦波束成形,能明显减小目标距离估计的模糊区域。在相邻两个日标的定位性能上,MVDR双聚焦波束成形技术也比MVDR单聚焦系统体现出更大的优势,能较好地分辨目标。     

一种红外搜索系统的分布式多传感器航迹融合算法

红外搜索系统作为被动式搜索系统,一般只能获得目标所处位置的方位角和俯仰角信息,缺乏距离信息,在无测距装置的条件下,只能依靠角度信息进行数据融合。依据角度值的三角函数关系,提出了一种新的分布式多传感器航迹加权融合算法,算法经仿真验证有效,降低了融合航迹的误差。在对量测数据进行误差修正的基础上,算法效果更加显著。     

面阵扫描型警戒系统目标探测方法

根据红外面阵探测器的成像特点,提出了一种面阵扫描型警戒系统,该系统的新颖之处在于面阵的旋转会带来目标探测有效像元数目的增加,并使得目标探测信噪比得到提高.描述了使用面阵探测器扫描型警戒系统的系统参数和工作过程,推导了该系统的点扩散模型,分析了目标的成像特点,重点描述和分析了针对本系统特点的目标探测算法,并介绍了其信号处理的硬件结构.实验结果表明,基于面阵探测器的红外搜索系统具有很高目标探测概率,并且能够在强杂波环境中检测弱目标.     

一种适用于红外搜索跟踪系统的实时非均匀性校正算法

针对目前红外搜索系统实用性较强的两点非均匀性校正存在难以实时跟踪图像非均匀的不足点,提出一种新的基于两点非均匀性校正和基于场景的实时联合校正算法。该算法利用两点校正提供基础校正系数,并充分利用红外搜索系统大数据量的特点,对实时数据量进行统计、分析,进而找出系统非均匀性随时间的漂移量,解决只采用两点校正算法带来的红外图像退化的问题。多次试验证明,采用联合非均匀校正算法的相对非均匀度由两点校正的5%降到了2%左右,并具有时间稳定性,获得了较好的校正效果。     

An Entropy-Based Anti-Noise Method for Reducing Ranging Error in Photon Counting Lidar

Photon counting lidar for long-range detection faces the problem of declining ranging performance caused by background noise. Current anti-noise methods are not robust enough in the case of weak signal and strong background noise, resulting in poor ranging error. In this work, based on the characteristics of the uncertainty of echo signal and noise in photon counting lidar, an entropy-based anti-noise method is proposed to reduce the ranging error under high background noise. Firstly, the photon counting entropy, which is considered as the feature to distinguish signal from noise, is defined to quantify the uncertainty of fluctuation among photon events responding to the Geiger mode avalanche photodiode. Then, the photon counting entropy is combined with a windowing operation to enhance the difference between signal and noise, so as to mitigate the effect of background noise and estimate the time of flight of the laser pulses. Simulation and experimental analysis show that the proposed method improves the anti-noise performance well, and experimental results demonstrate that the proposed method effectively mitigates the effect of background noise to reduce ranging error despite high background noise.     

红外全景扫描跟踪成像系统设计与实现

针对红外搜索跟踪系统中全范围快速搜索和跟踪成像视场不同的问题,采用线列探测器配合高速转台和高均匀性扫描器,设计实现了一种360全方位搜索和跟踪的成像系统。实验结果表明,该系统成功实现了360全景扫描,在搜索到目标后可快速转入跟踪成像,由搜索转入跟踪成像状态的稳定时间小于1.94 s,系统性能指标达到实用要求。     

一种基于遗传算法的红外无损检测缺陷的新方法

红外无损检测的本质可归为热传导反问题的求解。利用通过解析法求解热传导正问题得出的结论，提出基于遗传算法优化求解的红外无损检测缺陷信息新方法，该算法采用浮点数编码，并采用多遗传算子并行损作，不仅获得了好的结果，而且维系了种群的多样性。模拟实验验证了算法的鲁棒性和可靠性。     

基于特征波段的黄酒近红外光谱检测模型递归更新方法

近红外光谱是一种快速、无损的定量分析工具。为了提高黄酒关键参数的检测水平,采用近红外光谱法进行定量分析。检测过程中,由于受环境波动、仪器老化、原料变化等因素的影响,基于旧样品所建的模型的精确度逐渐下降。为保持模型的预测精度,引入递归偏最小二乘(recursive partial least square, RPLS)对模型进行更新。以往此方法多使用全谱信息扩充建模集并进行递归计算,光谱的变量多,且包含环境影响等干扰信息,更新计算量大,且精度的提升效果不明显。考虑到黄酒生产过程中特征波段变化小的特性,提出了一种基于特征波段的黄酒近红外光谱检测模型递归更新方法。先采用相关系数法提取特征波段建立低维模型,在采集到新样品理化值后,再利用其特征波段光谱信息,使用递归偏最小二乘对低维模型进行更新。此方法被应用于黄酒总酸的近红外检测模型更新。模型评价使用相关系数r,预测标准偏差RMSEP和预测相对分析误差RPD三个指标。结果表明：采用本方法后,模型稳定性显著优化,计算效率有所提升,模型预测效果良好,三个评价指标分别达到0.965 7,0.184 3和3.736 2,较全谱PRLS时分别提高3%,24%和31%,在实际应用中有一定的参考价值。     

A Model for the Passive Infrared Detection of Naval Targets through FLIR: Model Description and Preliminary Results Applicable in the Eastern Mediterranean Sea

The maritime environment is a very unique system with respect to the environmental conditions that affect the transmission of electromagnetic energy, and especially the part of the spectrum that falls in the infrared band. This paper proposes an end-to-end model for the detection of ships at the environmental conditions of the eastern Mediterranean Sea, with the use of a Forward Looking Infrared (FLIR) system. The model: a) covers the issues regarding the detection and classification of simple model targets in various states of temperature conditions, by applying the Moser and O’Neill criteria, b) takes into account existing environmental conditions, by using data obtained from the Hellenic National Meteorological Service (HNMS) and the British Atmospheric Data Centre (BADC) for the years 2004–05, and c) uses the LOWTRAN 7 code for the calculation of the transmission through the maritime atmosphere. In the calculation of the atmospheric transmission, turbulence is taken into account through the introduction of a Modulation Transfer Function (MTF), to model the specific phenomenon. The FLIR system is also modeled as a series of MTF functions, with each one of those covering the characteristics of major subsystems of the detection device. Finally, the observer’s MTF is included in the model, and the probability of completing the specific task is calculated and presented for a range of observer to target distances. LOWTRAN computer model generated by the U.S. Air Force Geophysics Laboratory, is now in its 7th version and may be purchased in a PC version from the ONTAR Corporation, 9 Village Way North Andover 01845, Massachusetts. MATLAB and SIMULINK are registered trademarks of The Math Works Inc. 3 Apple Hill Drive, Natick 01760-2098 Massachusetts. S. E. Lagaras is currently pursuing the PhD degree in Electrical Engineering at the National Technical University of Athens.     

基于敦煌辐射校正场的FY3B/VIRR反射太阳波段衰减分析

VIRR是搭载在我国最新一代极轨气象卫星FY-3B上的可见光红外扫描辐射计,发射后的遥感器需要进行不断的辐射定标校准以提高数据质量,更好的满足用户需求。为了研究FY3B/VIRR入轨后辐射响应的衰变规律,利用2011年—2015年敦煌辐射校正场同步试验数据,采用反射率基法计算其反射太阳波段的辐射定标系数,除受水汽吸收影响的波段10,其余各波段定标系数相对标准差均小于1.5%。以Aqua/MODIS为辐射基准验证了该方法的精度,结果表明,正演大气顶辐射与卫星观测值的平均偏差均小于2.5%。基于上述五年的VIRR定标结果,结合发射前定标系数,计算了遥感器的年际衰变率,结果表明:仪器衰减显示出一定的波长依赖性,波长越短的波段衰减越大;与发射前定标系数相比,入轨第一年的仪器定标系数有较大程度的变化;随着在轨运行时间变长,仪器衰减趋势开始减缓,在轨运行的第二和第三年衰减均大幅减小;从第四年开始波长0.8μm的波段,有衰减增大的趋势;在轨运行两年后,波长0.8μm的波段部分年份出现了响应增加的现象;与孙凌等的FY3A/MERSI衰减变化规律相比,衰减率和波长的相关性是一致的,但MERSI在0.65μm的波段3和13均出现相应增加的现象,而VIRR在该波长处的波段1却有衰减增大的趋势;综合历年的衰减率可以看出,波长较短的波段7,8和9年衰减率基本大于5%。     

一种自适应的Gabor图像特征抽取和权重选择的人脸识别方法

 为了克服光照、表情变化等因素对人脸识别的影响,本文提出了一种自适应的Gabor图像特征抽取和权重选择的人脸识别方法.该方法首先把每幅人脸图像经过Gabor小波变换后得到的40个不同尺度和方向下的图像都看作是独立的样本,再把不同人脸中的同一尺度和方向的变换结果进行特征重组,得到40个独立地新特征矩阵.为了增强对光照、表情变化的鲁棒性,每一新特征矩阵的识别贡献被本文所提出的自适应权重方法计算得到.其次,对每一新特征矩阵采用离散余弦变化进行降维,并采用了鉴别力量分析方法来选取最有鉴别力的离散余弦变换系数作为特征向量.最后,抽取线性鉴别分析特征进行识别.大量的实验证明了本文所提方法的有效性.