针对目标探测算法对混合像元难以区分以及阈值不易选择的问题,根据同类像元的相似性提出对抗生长(AG)算法。首先将生长树模型应用在目标探测中,然后利用AG算法对生长树模型进行改进,最后在遗漏率和重叠率两个参数的约束下得到生长结果,通过对生长结果的进一步分析来得到探测结果。通过实验数据分析可以看到AG算法在检测概率为90%的情况下,虚警率比其他4种传统算法中最佳结果还低0.31个百分点;算法的接收机特性曲线在4组数据中均位于其他算法的左上方,验证所提算法的有效性,表明该算法能够较好地区分混合像元,克服阈值选择的难题,提高目标检测的效率。

针对传统光谱匹配算子在“异物同谱”现象下对光谱精细化差异分辨能力较弱的情况,提出基于位置向量统计(PVS)的光谱匹配算子,同时提出通过匹配算子融合来提高目标识别的方法。PVS算子是在光谱吸收特征中吸收深度的一个延伸,算子首先利用位置向量对光谱曲线进行放大,然后利用投票统计的方法进行地物划分。实验结果表明,在检测概率为70%的情况下,PVS算子的虚警率在两个数据集上平均降低了1.73个百分点和4.77个百分点;同时在算子融合识别中,在检测概率为75.43%的情况下,融合PVS算子的虚警率在两个数据集上平均能够分别降低2.35个百分点和8.26个百分点。

机载光电雷达随着使用频次的增加,其探测距离会与出厂时的指标产生严重偏差。为此,分析了机载光电雷达的工作原理,以及光电雷达的最大探测距离受目标辐射强度、大气条件、光学系统等影响;根据光电雷达的探测原理,提出了新型便携式光电雷达测试系统的设计思路,利用黑体和特制平行光管模拟无穷远目标红外辐射强度,将衰减片与步进电机、传动齿轮结合来模拟不同的大气条件,最终确定其样机,并完成了红外衰减片的计量测试;阐明了新型便携式光电雷达测试系统的使用方法及测试结果。该测试系统便于携带,测试效率较高,适用于极端恶劣的环境条件,并可推广至各种类型的红外探测系统的性能测试中。

基于机载红外搜索跟踪(IRST)系统噪声源的特点,建立了一种探测概率模型,分析了探测过程中阈噪比对探测概率、虚警概率的影响。基于作战背景,分析了探测距离、目标速度、作战环境对探测概率的影响。在探测过程中动态设置阈噪比,给出了具体求解方法,并对不同任务需求下的阈噪比取值范围进行仿真分析。利用求解的阈噪比值,仿真得出了变阈噪比情形下的探测概率包线。研究结果表明,与恒定阈噪比方法相比,采用变阈噪比求得的概率包线能够适应实时变化的空战条件,普适性更强,探测距离明显增大。

针对当前红外搜索跟踪系统的测试设备存在测试项目单一的问题, 结合作用距离测试原理及动态靶标的研制思路, 设计了一种兼顾测试作用距离及跟踪精度的测试设备。为获得良好的远距离点目标动态模拟效果, 采用控温黑体与渐变式衰减片组合的方式模拟远距离目标, 使用双反射镜旋臂系统模拟目标运动过程, 并对测试设备控制系统进行了规划。在对测试系统各部分测试精度进行分析的基础上, 对由旋臂转动造成的误差使用有限元分析软件进行重点分析, 在旋臂转速为6 rad/s时, 跟踪测试精度误差为0.004 mrad, 可以满足测试精度要求。该设计为红外搜索跟踪系统测试设备的研制及改进提供了可行的方法及理论基础。

针对当前飞行目标红外辐射仿真计算存在的条件适用性较差的问题, 采用较为简便且可靠的建模方法, 对飞行目标红外辐射按辐射来源进行划分, 并建立各部分红外辐射模型。以该模型为基础, 在CVI环境中编写了针对不同条件下飞行目标红外辐射特性的仿真计算程序。通过计算实例, 对不同条件下目标飞行辐射特性进行分析, 得出其水平方向上最大及最小辐射强度。在与其他参考文献的数据进行对比后, 得出该仿真计算方法具有较高的可行性及准确性的结论, 为红外目标的硬件模拟提供了理论基础。

为了探求机载红外搜索跟踪(IRST)系统的最佳阈噪比(TNR), 采用基于信噪比(SNR)的作用距离模型, 并结合虚警概率、发现概率和SNR之间的函数关系, 构建了机载IRST系统的探测点目标概率模型, 重点分析了发现概率与作用距离、目标速度和倾斜角度之间的关系。结合飞机的红外辐射特性, 建立了机载IRST系统的探测概率数学模型, 仿真分析了在不同TNR下, 方位角和俯仰角的变化对作用距离的影响。根据作战需求, 提出最佳TNR在8~10范围内。该研究结果为提高机载IRST系统在实际使用中的探测效率提供了参考依据。

低纬度地区、相对湿度较大的大气影响了机载红外搜索跟踪(IRST)系统的作用距离。针对此问题, 根据低纬度地区近几年的大气资料, 从理论上分析了影响大气透射率的主要因素, 重点建立了大气透射率数学模型, 修正了高度和斜程对大气透射率的影响; 通过MatLab软件分别仿真分析了不同季节、不同天气、不同俯仰角以及不同路程和高度时3~5 μm波段的大气透射率, 与大气透射率计算软件(LOWTRAN7)的仿真结果相比, 其误差约为5%, 验证了模型的实效性, 从而为指导实际作战使用IRST系统提供了理论依据。

针对机载IRST系统理论探测与实际探测能力之间的较大差异及其作战能力发挥不充分等问题, 首先分析了机载IRST最佳工作点与作战需求和探测能力之间的关系, 然后考虑了目标机相对载机进入角、方位角、俯仰角和环境背景辐射等作战因素, 建立了机载IRST角水平和角俯仰探测能力模型, 最后综合作战环境和探测概率特性提出探测概率包线概念, 建立了机载IRST作用距离探测概率包线模型, 并定量分析了不同空战态势中机载IRST的探测能力及其概率。从仿真结果可以看出, 当满足一定的虚警概率和信噪比要求时, 探测概率包线的分布特性具有最佳探测点, 这为引导战机扭转战场态势, 充分发挥机载IRST作战效能提供了理论参考, 也为模拟真实战场环境和在实验室进行试验提供了一定的理论支撑。