中北大学, 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心, 山西 太原 030051
透过率的计算是红外目标被动测距技术的核心, 其精度直接影响到被测距离的精度, 而仪器分辨率又直接影响到光谱信号的精度。 为了研究光谱仪器分辨率对带平均透过率的影响, 选用氧气A带为研究对象, 采用基线拟合方式计算被测目标的带平均透过率, 利用随机Malkmus模型计算被测目标距离, 从而获得仪器分辨率对被动测距的影响。 为此, 搭建了被动测距实验系统, 通过对卤素灯光源在不同距离的光谱测量, 验证仪器分辨率对带平均模式被动测距的影响。 首先, 介绍氧气A带透过率的计算方法, 计算理论值; 以卤素灯为光源, 利用光谱仪分别测量相同距离不同分辨率的光谱曲线, 计算实测大气透过率, 分析光谱分辨率对单谱线的影响; 然后, 在分析比较透过率模型和实测透过率谱线的基础上, 对透过率计算模型进行拟合、 校正, 验证光谱分辨率对带模型的影响。 对于单条谱线, 仪器的不同分辨率可测得的谱线区别较大, 而对带平均谱线, 相同波数点的光谱信号取平均, 获得平均效应, 使得被测谱线几乎没有变化; 分辨率的模型选择需根据不同的应用场合、 不同的精度要求选择合适的分辨率。 实验结果表明: 分辨率对单谱线的透过率影响较大, 随着分辨率的降低, 被捕获的光谱信息点取值越少, 被测目标距离相关系数越小; 分辨率对带平均透过率的计算影响较小, 不同分辨率下测得的目标距离, 几乎重合; 而仪器分辨率越高则测量时间越长, 当使用带平均透过率计算被测目标距离, 在精度要求范围内, 可以适当降低仪器分辨率, 从而极大地提高测量速度, 并达到测量实时性, 同时降低系统搭建的成本。 该结论可为透过率测量的应用提供依据。
仪器分辨率 氧气A带 透过率 被动测距 曲线拟合 Instrument resolution Oxygen A band Transmittance Passive ranging Curve fitting 光谱学与光谱分析
2022, 42(6): 1974
1 郑州科技学院，河南郑州450064
2 河南省智能信息处理与控制工程技术研究中心，河南郑州450064
3 军事科学院系统工程研究院，北京100010
4 中国航天系统科学与工程研究院，北京10005
5 陆军装备部驻沈阳地区军事代表局驻长春地区第一军事代表室，吉林长春130000
针对雨雪、雾霾等天气条件下氧气吸收被动测距受大气和气溶胶等复杂背景光谱影响严重的问题，采用混合像元分解技术对提高复杂背景条件下的测距精度进行了研究。分析了高光谱图像像元混合机理，以雨滴端元为例建立了复杂天气条件下目标与背景的混合像元模型；讨论了复杂天气条件下目标光谱的提取方法，提出了复杂天气氧气吸收被动测距的基本流程；最后，对不同距离处小雨、重度霾、中雪3种典型复杂天气条件下的卤钨灯目标进行了被动测距实验。实验结果表明，混合像元分解方法可快速提取目标光谱，与多次循环采集平均法、背景消除法相比测距精度有较大提升，不同的距离及天气条件下的测距精度分别提高到3.39%、5.81%和4.36%，可满足实际飞行目标辐射光谱的快速采集与测距精度要求。
被动测距 氧气吸收 混合像元分解 目标提取 极端天气 passive ranging oxygen absorption mixed pixel decomposition target extraction extreme weather
1 华中光电技术研究所-武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
2 中国人民解放军 92682部队, 广东 湛江 524000
通过分析现代海战对光电设备协同探测的迫切需求, 强调舰艇编队作战中体系探测效能提升的重要性。综述国内外研究现状, 指出了我国目前存在的问题与差距。以典型光电系统为例, 重点分析了光电协同探测中必须解决的协同跟踪、协同识别、协同被动测距等关键技术问题, 有针对性地提出了相应的技术解决途径: 基于深度学习的“分层有序”光电目标识别技术、基于模式相似性测度分析与灰色预测的跟踪技术, 以及基于多帧滤波的变模型红外被动综合测距技术。
光电设备 协同探测 跟踪 识别 被动测距 EO equipment cooperative detection tracking recognition passive ranging
1 西安电子科技大学机电工程学院, 陕西西安 710071
2 武汉高德红外股份有限公司, 湖北武汉 430070
为了满足现代战争的需求, 对于空中目标的距离精确估计显得愈发重要, 由于目标的红外辐射在大气传播过程中的衰减, 目标在不同波长的辐射会随着传输距离的改变而发生变化, 故不同的波长的辐射里包含了目标的距离信息。基于以上原理, 本文利用美国空军大气传输软件 Modtran生成空中目标在不同波段的大气透过率数据, 利用经纬仪获得目标的天顶角, 最后建立基于改进 Elman神经网络的被动测距模型。仿真结果表明本文算法能够有效提高对于空中目标距离估计的精确性。
红外被动测距 双波段 Elman神经网络 infrared passive ranging, dual band, Elman neural
1 陆军工程大学石家庄校区电子与光学工程系， 河北 石家庄 050003
2 石家庄铁道大学电气与电子工程学院， 河北 石家庄 050043
在设计三通道非成像氧气吸收被动测距系统过程中，确定各通道光电倍增管的绝对光谱响应率对确保系统测距精度具有重要意义。为了克服光电倍增管灵敏度高、易饱和而导致的单色光功率测量困难的问题，提出了一种光电倍增管绝对光谱响应率测量方法。在该方法中，利用积分球与可调狭缝构建通量可调的系统光源，利用响应率已知的标准探测器测量单色光源辐射功率。搭建了光电倍增管绝对光谱灵敏度测量系统，并对三根滨松H10722-01型光电倍增管模块进行绝对光谱响应率测量。同时，为了检验该测量方法的有效性，在外场条件下开展了近程被动测距实验，将测量得到的光电倍增管绝对光谱响应率作为三通道被动测距系统各通道的光谱响应率参数。实验结果表明：在60～300 m范围内，测距平均相对误差为6.25%。实验结果证明了该绝对光谱响应率测量方法的有效性。
测量 绝对光谱响应率 光电倍增管 氧气A吸收带 被动测距
1 陆军装甲兵学院兵器与控制系, 北京 100072
2 军事科学院系统工程研究院, 北京 100010
3 中国人民解放军66011部队, 北京 102600
基于测距光谱通道数量和位置选定规则,以氧气A吸收带为例,从系统探测距离、目标与背景信噪比、系统工作海拔等约束条件对带宽的限制出发,利用MODTRAN和MATLAB软件综合仿真分析了满足系统实时性、目标信噪比及不同探测距离条件下通道带宽上下限的取值范围。结果表明:相同条件下,系统平台海拔越高,带宽下限取值越小、范围越大、选取越灵活,系统探测距离越远,有效探测范围也越大;目标信噪比要求越高,带宽下限取值越大、范围越小、选取越受限,探测距离和有效探测范围越小。因此,设计系统时应根据任务要求,确定光谱通道位置和数量,计算系统工作实时性、目标信噪比、系统最大最小工作距离等多重约束条件下各通道带宽取值上下限曲线,通过确定能够同时满足最大及最小工作距离条件的上下限曲线最小交集,便可在曲线交集区域内选定满足设计要求的通道带宽取值。这为单目多光谱被动测距系统的参数设计和工程化提供有效的理论支撑和计算方法,从而设计出高低精度搭配、远近距离兼顾的多光谱被动测距系统。
大气光学 被动测距 单目多光谱系统 光谱通道 氧气吸收带 带宽
1 中国科学院半导体研究所 固态光电信息技术实验室, 北京 100083
2 中国科学院大学 电子电气与通信工程学院, 北京 100049
3 北京环境特性研究所 光学辐射重点实验室, 北京 100854
4 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100049
为克服传统光电被动测距系统稳定性差、远距离条件下测距精度收敛性差、系统难以小型化等不足, 本文提出一种基于目标特征尺寸的可视化光电被动测距系统。建立了被动测距模型并分析测距原理, 从理论上分析获得距离反演公式和测距误差精度; 设计了被动测距算法并分析相关成像参数获取途径和方法; 通过高清成像器、半导体激光器和信号处理器等软硬件设计, 实现了系统的可视化被动测距功能和全天候图像信息获取; 最后通过目标特征尺寸及其成像系统参数反演目标距离, 实现了在成像过程中实时测距并进行被动测距实验验证。实验结果表明, 被动测距精度优于10%, 当前软硬件参数配置下, 目标的测距距离大于1 km, 测距鲁棒性好, 性能稳定, 可广泛应用于全天候目标图像信息获取和光电被动测距的实际工程实践中。
特征尺寸 被动测距 可视化 feature size passive ranging visualization
1 装甲兵工程学院控制工程系, 北京 100072
2 中国人民解放军66011部队, 北京 102600
3 中国人民解放军66061部队, 北京 100144
为消除测距光谱通道位置和数量选取对氧气吸收衰减被动测距技术测距精度的影响,基于氧气吸收衰减被动测距技术的基本原理,分析氧气A、B吸收带光谱谱线特性。对于吸收带带肩上的光谱通道,利用蒙特卡罗法,以拟合非吸收基线与理想基线的误差平方和与相关度为指标,分析光谱通道位置和数量及拟合多项式级次对非吸收基线拟合精度的影响。对于吸收带带内光谱通道,分析不同光谱通道处吸收率大小对测距距离和测距精度的影响。结果表明:在综合考虑系统实时性和测距精度要求的情况下,A吸收带两带肩上光谱通道各为1个,B吸收带单带肩上光谱通道为2个,位置均宜选择在各带肩靠近吸收带一端;吸收带内光谱通道可根据测距任务中对测程和测距精度的要求灵活选择其数量和位置。因此,在无法一次性获取测距波段完整光谱曲线的情况下,单目多光谱被动测距系统采用较少的光谱通道和最简单的直线拟合方法,不仅可以保证系统的测距精度,而且能够减少滤波片更替和软件计算的时间周期,进而增强系统数据采集和解算的实时性。
大气光学 被动测距 单目多光谱系统 光谱通道 氧气吸收带 基线强度 光学学报
2017, 37(10): 1001002
1 中北大学 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心, 山西 太原 030051
2 中北大学 电子测试技术国家级重点实验室, 山西 太原 030051
针对比尔-朗伯定律单色传输和其他透过率模型计算速度慢的问题, 为了实现红外目标的高速被动测距, 研究了被动测距系统中氧分子A带吸收特征及大气中氧分子吸收率的计算方法。分析了大气中氧分子A带的吸收光谱及分布特性, 以当前大气参数和测量环境为基础, 结合HITRAN数据库, 将随机Malkums带模式引入到氧分子带平均吸收率计算中, 建立了基于随机Malkums带模式的被动测距数学模型。搭建了测距实验平台, 在12~128 m内对7个不同点进行了距离测量。实验结果表明, 在实际大气条件下, 利用该被动测距模型测得被测目标距离与实际距离的平均误差达到1.8%。该模型正确、可行, 满足红外目标被动测距的高速在线测试及隐蔽性、高精度、抗干扰能力强等要求。
红外目标 透过率计算 氧分子A带 随机Malkmus模型 被动测距 带平均吸收率 infrared target transmittance measurement molecular oxygen A-band random Malkmus band model passive ranging band average absorption
河南省洛阳市电光设备研究所, 河南 洛阳 471003
介绍了红外侦察预警系统被动测距的原理，探讨了双站布设距离及三站布阵方式对测距精度的影响，提出了三站联合测距的最优布设方式-等边三角形布阵，分析了该种布阵对目标的测距精度。仿真结果表明，该布阵方式可最大限度地降低目标距离的误报率，且能兼顾0 °～360 °范围测距的精度和一致性；1 km的站点间距可保证14.2 km距离内目标的测距精度优于10%，大大提高了三站联合测距的效果。
红外侦察预警系统 被动测距 布阵方式 精度 仿真 infrared reconnaissance warning system passive ranging measurement manner of distribution precision simulation
