考虑到背景杂波图像结构无规则且复杂, 目标图像结构规则且简单, 两者之间的结构差异为杂波度量提供了有效途径, 提出一种基于图像结构复杂度的背景杂波表征方法。首先, 方向梯度直方图能有效表征图像结构信息, 利用图像局部区域方向梯度分布熵表征对应区域的结构复杂度; 其次, 考虑到人眼视觉系统对图像对比度敏感, 分别在图像方向梯度分布熵空间和对比度空间中度量背景杂波与目标之间的差异,采用标准方差加权求和的方式对背景杂波建模; 最后, 推导了背景杂波与目标获取性能之间的关系, 建立了光电成像系统目标获取性能评估模型。利用公开数据集对模型进行了验证, 实验结果表明, 所提方法所评估的目标获取性能与实际主观目标获取性能具有较高的一致性, 而且在均方根误差(RMSE)、相关性方面优于现有的杂波度量方法。

目标红外辐射特性可用于目标特征识别, 如何有效获取目标红外辐射特性, 对目标预警、侦察及隐身效果评估等意义重大。针对当前外场实装地基红外成像设备定标参数获取难题, 对近距离扩展面源定标法、平行光管定标法、远距离扩展面源定标法等 3种方法进行了分析, 采用上述 3种方法对不同视场外场红外成像设备进行了定标实验研究, 获得了不同方法下响应参数。针对远距离扩展面源定标法定标结果随距离变化情况, 设计了不同调焦状态和工作时长下制冷热像仪定标实验。实验结果显示红外成像设备的离焦状态、工作时长对制冷型红外成像设备响应参数影响较小。外场定标误差主要来源于环境杂散辐射、大气透过率及路径辐射计算。外场条件下应采用近距离直接扩展点源定标方法对地基红外成像设备不同航次择机定标; 同时扩展面源定标法定标距离一般不超过 10 m, 响应参数误差此时相对近距离定标约 5%左右。

为准确得到某型无人机红外辐射特性，用 3.7～4.8 .m中波、7.7～10.3 .m长波红外热像仪对某型无人机地面滑跑状态的红外辐射亮度进行了测量，用 MODTRAN大气辐射传输软件对测量过程的大气透过率、大气程辐射进行了计算。测量结果表明，该状态下无人机机身蒙皮辐射较弱，辐射亮度与地面及背景辐射亮度接近，且各个方向辐射亮度基本一致，长波波段机身蒙皮辐射亮度为相应部位中波波段辐射亮度的 280倍左右；发动机辐射亮度远高于机身蒙皮辐射亮度，受机身遮挡、机体结构等原因影响，发动机辐射亮度具有方向性，后向辐射最强。

针对试验和训练中靶机实装模拟、建模仿真需求, 需在外场动态测试靶机飞行状态下红外辐射特性, 该测量结果置信度较高。本文通过对红外成像测量设备定标, 计算路径辐射和透过率, 亮度反演的方法获得了靶机夜间不同方位辐射强度分布, 测量误差约为 21.24%。分析测量结果, 但当靶机相对测量设备绕飞时, 靶机不同方位辐射强度基本一致; 靶机在一定距离外无法探测长波尾焰辐射, 在靶机模拟和建模中需合理考虑尾焰辐射。该距离下靶机目标 /背景灰度对比度约为人眼响应阈值的 2倍, 人工侦察探测识别较为困难, 在靶机外场模拟时需注意对比度对试验探测识别结果的影响。本文可为靶机特性建模、外场模拟应用和测量设备研制提供支撑。

基于近红外H2O的吸收光谱,开发了一种同时测量高速气流温度、速度及H2O摩尔分数等参数的方法并在超声速燃烧场中开展了应用研究,分析了超声速燃烧场中存在的现象及规律。基于扫描波长调制光谱技术,利用两条H2O吸收谱线在超燃直连台隔离段和扩张段中开展了实验研究,实现了多参数的同时测量。燃烧室点火后:隔离段内无激波时,气流速度、温度、压强和H2O摩尔分数测量值与预测值基本吻合,相对偏差分别小于3.0%、7.2%、8.2%和3.9%;有激波时,气体速度、温度、H2O摩尔分数和压力都发生了明显变化,空气质量流量均值变化不明显,但波动明显增大。实验结果表明,基于波长调制光谱的传感器具有重要的工程应用价值。

无人机红外辐射特性建模及图像仿真计算具有重要意义。利用CFD软件计算无人机温度分布, 建立了蒙皮稳态温度数据库和满足精度需求的温度插值算法, 实现了无人机蒙皮温度的插值计算; 提出网格编号投影思想, 改进基于深度缓存的正交投影方法, 建立了适于红外图像的二维投影算法; 基于无人机辐射、大气传输和探测器响应的光谱特性, 采用光谱积分方式计算无人机光谱及波段红外特性和图像序列, 建立了无人机红外辐射计算模型。对无人机红外辐射特性和模型计算速度进行了分析, 并与某型无人机实测数据进行了比对, 结果表明: 模型计算误差小于20%, 可用于仿真实验测试与分析。

辐射定标数据在目标辐射特性数据测量和仿真试验应用中均有重要作用。首先对焦距固定红外探测系统外场定标方法进行了初步分析。采用近距离直接扩展源法、远距离扩展面源法和平行光管定标法对焦距固定红外探测系统进行了定标实验研究。实验发现: 近距离直接扩展源法对旋转的红外探测系统不适用; 远距离扩展面源法对路径辐射、路径透过率和环境辐射修正较为困难; 平行光管定标法操作较为麻烦, 但考虑目标特性数据的有效性和实用性, 需考虑平行光管定标。文中对焦距固定红外探测系统辐射外场定标技术改造研究、红外目标特性测量系统研制具有较大的参考意义。