舰船目标红外图像特性研究

针对成像型反舰导弹所获红外图像的特点,分析了舰船目标和海天背景的红外辐射特性,得知舰船目标红外图像有一重要特征-海天线,它可以确定目标的所在区域。为了舰船目标的跟踪定位,对舰船目标红外图像中的海天线特征进行研究,提出一种基于预处理和直线拟合法提取海天线特征的算法,首先对图像进行边缘检测得到梯度图像,进而二值化并细化,最后利用Hough变换提取海天线。结果表明,在低对比度和有云团干扰的情况下,该算法与改进的直线拟合法相比,能够有效地、准确地提取舰船目标红外图像中海天线特征。     

激光对反舰导弹红外探测器干扰分析

针对激光对红外制导的反舰导弹干扰问题,建立了激光对反舰导弹红外探测器的干扰链路模型,推导了激光海上传输的大气透过率,计算了1．06μm激光在海上大气传输时仰角、能见度与大气透过率的关系,估算了对不同距离的反舰导弹红外探测器实现有效干扰所需发射的激光能量。     

舰船尾迹和海面红外仿真成像

舰船在军事领域有着极其重要的地位,其尾迹对海面的温度和高度都会造成相较明显的变化,且具有持续时间长、不易消除等特点,所以模拟舰船尾迹和海面红外辐射图像可以更为直观地识别舰船目标,具有强烈的军事需求。以MODTRAN软件模拟的不同背景环境下大气对8μm～14μm波段的透过率为数据基础,结合Cox-Munk坡度概率分布模型并考虑海浪遮挡因素建立了一种舰船尾迹红外辐射模型,模拟了不同背景环境、不同探测距离的红外尾迹图像。仿真结果表明：相同探测条件下,随着探测距离增大,舰船尾迹辐射亮度减小,但粗糙海面对红外辐射的遮挡作用显著减弱,海面舰船尾迹更易被识别;大气传输模型对红外成像结果影响较大,夏季背景辐射能量大且海面平均遮挡作用小,舰船尾迹红外成像更为清晰。     

考虑太阳辐射影响的飞机实时红外探测成像仿真

针对飞行器红外探测过程的成像仿真,有助于红外隐身效能的评估,进而提高应对红外探测的反侦察能力。建立了飞机红外成像仿真模型,并针对不同的飞行姿态、速度以及不同的探测时间,求解其蒙皮温度与红外辐射亮度,结果表明当飞机从低速到高速运行时,太阳辐射条件与气动加热层温度分布分别成为影响其成像结果的主要因素。建模方法及仿真结果对飞行器的隐身设计具有指导意义,为飞机实时红外成像场景的生成提供理论基础     

空间目标抖动状态红外图像仿真建模研究北大核心CSCD

空间目标容易受到太空垃圾碰撞及干扰从而产生抖动。针对空间抖动目标红外图像的模型构建问题,对天基空间红外成像系统的主要噪声进行分析并考虑杂散光影响,基于Creator与Vega软件平台相结合,提出抖动状态下空间目标表面缺陷的红外图像的建模方法。依据空间目标基本特征分析其红外辐射特性,在Creator中对空间目标缺陷进行三维建模;根据目标以及背景红外辐射特性对三维模型进行温度场分析,将分析所得结果与Vega红外模块相结合获得红外图像模型;确定抖动图像数学模型并对仿真图像施加抖动影响,然后施加杂散光影响获得最终模拟图像。实验结果表明:该方法生成的抖动状态下空间目标红外图像与实验图像相似程度高,能为空间目标探测与态势感知提供一种有效的模拟系统。     

一种红外场景/点源目标模拟器技术研究

研究了一种红外场景/点源目标模拟器。模拟器由一路红外场景、一路点源目标和四路点源干扰组成。模拟器包括点源目标/干扰通道、中继光学系统、成像通道、多目标复合系统、运动控制系统和机械支撑及连接结构,可以同时模拟一路点源目标,四路点源干扰和一路红外场景。对模拟器进行实验研究,模拟器所生成红外图像的空间分辨率达到10 lp/mm,模拟器点源光斑尺寸最小为42μm,最大为499μm。该模拟器已经成功应用到半实物仿真试验中。     

激光辐照TDI-CCD相机饱和串扰效应及侧斑建模仿真分析

根据推扫式线阵TDI-CCD成像系统的信号存储、传输与转换原理,分析了其在激光作用下产生不同饱和串扰现象的机理,建立了激光辐照TDI-CCD红外相机饱和串扰效应模型;考虑了视场外激光干扰过程中出现的侧斑现象,同时借助光学追迹模型,实现了连续激光干扰星载红外相机的成像仿真过程;通过图像质量评估因子定量分析了不同入射条件下激光辐射对相机输出图像质量的影响。结果表明:入射角不同,激光成像结果不同.选用1.064μm视场外激光在一定入射条件下,当改变激光入射角从2.86°到2.89°时,激光将出现侧斑;当激光功率密度提高1~4倍,光斑干扰面积百分比将不同程度的扩大.     

多波段红外图像的海面舰船目标检测

现有的基于单个红外宽波段的海面舰船目标探测系统在面对复杂海天背景、岛岸背景、恶劣天气、亮带干扰或诱饵弹干扰等情况时,系统的探测率、虚警率、探测距离等性能指标均会受到严重的影响;为此,开展了基于多波段红外图像的海面舰船目标检测方法的研究。通过中波红外多波段数据采集系统实际采集107组五个中波红外波段的图像;波段1-5分别为3.7～4.8,3.7～4.1,4.4～4.8,3.7～3.9和4.65～4.75 μm;对多波段图像进行手动标注构建样本数据集,其中,正样本舰船目标298个,负样本非舰船目标353个。对于多波段红外图像,首先进行PCA降维并采用选择性搜索算法生成初始目标候选区域;针对候选区域中存在大量明显的非舰船目标区域的问题,利用积分图像计算候选区域的局部对比度,依据红外舰船目标的几何和灰度特征从初始目标候选区域中筛选出舰船目标可能性大的区域作为舰船目标候选区域。然后对舰船目标候选区域进行拓展以融入局部上下文信息,对于候选区域对应的5波段红外图像,分别提取每个波段图像的稠密SIFT特征,并将128维SIFT特征向量降为64维,融入SIFT特征的空间和波段位置分布信息得到新的特征向量,基于高斯混合模型对候选区域的特征向量集合进行编码融合得到舰船目标候选区域的费舍尔向量表示,最后利用线性SVM分类器识别出舰船目标。对多波段图像进行舰船目标候选区域生成实验,所提出的基于红外舰船目标的几何和灰度特征的约束方法可以有效地克服选择性搜索算法的不足,从初始目标候选区域中快速定位出舰船目标候选区域,对25组多波段图像进行实验,舰船目标候选区域生成的整体耗时为0.353 s,定位舰船目标区域耗时0.005 s。对100个正负样本进行目标识别测试,所提出的目标识别算法融合了目标的多波段图像特征信息,通过引入费舍尔向量挖掘了多波段图像梯度统计特征的深层次信息,算法的识别率达到了0.97,显著高于单波段红外图像的目标识别率。对25组多波段图像进行舰船目标检测实验,所提出的舰船目标检测方法能够在海天背景、岛岸背景以及亮带干扰等不同场景下完成海面舰船目标的检测工作,舰船目标定位准确,舰船目标召回率达到了0.95,每组多波段图像的平均检测耗时为1.33 s。研究结果表明,充分考虑海面舰船目标在红外图像中与局部海洋背景的辐射差异以及有效地融合舰船目标在多个红外波段图像中的辐射特征,可以增强舰船目标的可分性,提高舰船目标的识别率以及检测率,为基于多波段红外图像的海面舰船目标检测提供了新的技术支持。     

基于变焦系统的红外成像目标模拟器研究

随着红外对抗技术的发展,红外成像制导已成为光电精确制导技术的一个发展方向。简要介绍了红外成像制导武器系统半实物仿真的发展现状。针对目前半实物仿真采用一弹一仿的问题,提出了基于五轴转台的新型仿真方案。通过采用变焦距投影系统目标模拟器,使得不同视场、不同焦距、不同型号的导引头可采用同一套仿真系统进行仿真测试,提高了仿真系统的效费比。设计了衍射受限长波红外变焦投影光学系统,系统变倍比为2 3,弥散斑直径小于50μm。     

一种双波段成像系统的红外通道杂散光分析

为全面分析杂散光对红外系统成像质量的影响,设计了可见波段0.4 μm~0.7 μm、红外波段3 μm~5 μm,视场角均为2.27°×2.27°的共孔径成像光学系统。分析了杂散光来源,分别研究了带内与带外杂散光对其红外通道成像质量的影响。对于带内杂散光,设计了消杂光结构,采用FRED软件模拟分析了带内杂光抑制能力,结果表明:带内杂散光得到较好抑制,其鬼像影响可忽略不计,太阳杂散光抑制水平PST达到设定的10-8阈值量级。对于带外杂散光,主要研究了1.064 μm和2.6 μm两个波长带外激光对红外成像系统的影响,并利用有限元仿真计算,结果表明:系统反射镜温升达到703 K时,向外发出较强带内红外辐射,到达像面的辐射功率为0.195 mW,可对红外成像面造成强烈噪声干扰。     

Jamming effect analysis of infrared reticle seeker for directed infrared countermeasures

In directed infrared countermeasures (DIRCM), the purpose of jamming toward missiles is making missiles miss the target (aircraft of our forces) in the field of view. Since the DIRCM system directly emits the pulsing flashes of infrared (IR) energy to missiles, it is more effective than present flare method emitting IR source to omni-direction. In this paper, we implemented a reticle seeker simulation tool using MATLAB-SIMULINK, in order to analyze jamming effect of spin-scan and con-scan reticle missile seeker used widely in the world, though it was developed early. Because the jammer signal has influence on the missile guidance system using its variable frequency, it is very important technique among military defense systems protecting our forces from missiles of enemy. Simulation results show that jamming effect is greatly influenced according to frequency, phase and intensity of jammer signal. Especially, jammer frequency has the largest influence on jamming effect. Through our reticle seeker simulation tool, we can confirm that jamming effect toward missiles is significantly increased when jammer frequency is similar to reticle frequency. Finally, we evaluated jamming effect according to jammer frequencies, by using correlation coefficient as an evaluation criterion of jamming performance in two reticle missile seekers.     

基于蒙特卡洛方法的四元探测器干扰效果分析

正交四元探测器是第3代红外导引头的核心传感器,为了对该型导引头实施有效干扰,探讨了其探测工作机理,有针对性地提出影响其自动增益控制(AGC)电路工作的干扰策略,对干扰实施过程进行了仿真分析。采用蒙特卡洛方法模拟了在干扰存在频差,干扰占空比改变,干扰相位变化条件下的平均有效干扰率。仿真结果表明:以同频或倍频、0.25占空比、较高功率激光可影响导引头AGC电路正常工作,适时通过调整干扰相位可以影响干扰效果,最终破坏其信号提取逻辑,实现欺骗干扰。分析结果对于激光定向红外对抗系统的研制具有一定理论指导意义。     

Jamming effectiveness analysis of quad-element detector based on Monte Carlo method北大核心CSCD

Quad-element detector is a key sensor of the third generation infrared seeker. In order to implement effective jamming to the seeker, this paper firstly discusses the detection mechanism, and secondly proposes the interference strategy which disturbs the auto gain control (AGC) circuit working.The jamming process is then simulated and analyzed.Finally, the average effective jamming ratio is acquired by Monte Carlo method when frequency difference exists, or duty cycle varies, or phase changes on jamming laser.The simulation conclusions are as follows: at the same or multiple frequency with the seeker and 0.25 duty cycle, high power jamming laser can lead the AGC circuit working abnormal; moreover, adjusting the pulse laser phase can influence the jamming effect and destroy the signal extraction logic, finally, the deception is achieved.The analysis and results of this paper are of theoretical significance for the development of laser directional infrared countermeasure system. © 2018, Editorial Board, Journal of Applied Optics. All right reserved.     

舰船小目标图像配准算法

当舰船目标距离红外/可见光复合导引头较远的时候,红外与可见光图像中的目标信息微弱,可供提取的特征较少且差异较大,传统的图像配准算法很难适用.针对该问题,本文提出一种基于传感器参量的图像配准算法,首先根据红外与可见光传感器的成像模型将图像配准分解简化为视场配准与平移配准两个相对分离的步骤;然后利用传感器参量进行图像的视场配准;最后基于海天线和水平高通能量分布确定匹配点完成平移配准.仿真实验结果表明,该算法具有较高的配准准确度,可以应用于实际远距离海上舰船的红外和可见光图像配准.     

地对地导弹可见光与红外成像导引头技术研究

图像制导导引头信息处理是当今精确制导武器的关键技术之一。首先讨论了地对地导弹可见光与红外光学导引头技术的国内外研究现状,然后结合导弹使用的实际需要给出了研究方案.基于该方案的可见光与红外光学末制导模块基本能够满足地对地导弹的实际要求.最后介绍了业已取得的技术成果,包括:典型目标的快速自动识别算法,图像复原算法,图像融合算法的实验结果,以及双通道四DSP图像融合硬件平台。     

基于正则粒子算法的红外成像消噪处理研究

针对红外成像中的问题,应用正则粒子再采样算法实现红外成像消噪处理。首先依据序列重采样算法,从重要性密度函数中采样,而后进行粒子权重归一化,优化粒子克服衰竭现象,最后给出成像模型和精度函数。仿真结果验证了该算法的有效性。     

一种红外导引头量测误差抑制方法研究

针对自寻的反坦克导弹的红外导引头由于受复杂背景和随机干扰影响测角精度不高的问题,提出了一种惯导信息辅助的无迹卡尔曼滤波方法。利用惯导信息描述导弹自身的运动,基于弹目信息状态变量构建弹目相对运动模型,在此基础上采用无迹卡尔曼滤波方法实现对导引头量测误差的抑制。该方法实现了导引头量测信息与惯导信息的融合,充分利用信息资源,抑制导引头量测误差,提高了导弹的打击精度,仿真实验证明了该方法的有效性。     

空地电视制导导弹武器系统精度和性能研究

针对综合电子战防区外空地电视遥控指令制导导弹武器系统,建立了载机空间运动、导弹制导飞行、目标的探测与识别和地面有源干扰站、云层、烟幕对空地电视遥控指令制导导弹的干扰模型和作战效能评估模型;对空地电视遥控指令制导导弹武器系统精度和效能进行了仿真分析。结果可用于空地电视遥控指令制导导弹武器系统的精度分析和性能评估,对电视遥控制导导弹的设计研制和作战使用都具有重要意义。