近年来的几次高技术局部战争中,天基光电成像系统发挥了巨大的作用.然而,天基光电成像遥感设备在**中的重要性和固有的脆弱性,使其安全与防护问题日益突出.阐述了天基光电成像遥感设备存在的脆弱性和空间**化所带来的多种恶意威胁,如不同平台的反卫星激光**、动能拦截弹、高功率微波**等.针对上述威胁,分析了天基光电成像遥感设备相应的各种对抗、防护技术和手段,包括天基自卫告警、多频谱假目标、多波段隐身伪装和烟幕干扰、光电传感器的加固技术、加强光电成像平台机动能力、携带综合自卫**等,其中针对天基光电成像传感器着重讨论了最新的抗激光攻击加固技术,如液晶薄膜防护技术等.最后提出了开展相关新概念、低成本防护技术的建议.

论述了红磷烟幕的成烟过程与遮蔽特性.在烟幕试验柜中测试了红磷烟幕对两种入射功率10.6 μm激光的质量消光系数和红磷烟幕的粒度分布规律;根据米氏散射理论计算了单个红磷烟幕粒子对10.6μm激光的吸收效率因子、散射效率因子和消光效率因子.结果表明:红磷烟幕对入射功率分别为0.552、1.032 W的10.6 μm激光的平均质量消光系数分别为0.6027、0.5739 m2/g.成烟5 min时红磷烟幕粒子的平均直径为2.47μm.研究表明,红磷烟幕对10.6 μm激光的消光作用以吸收效应为主,其质量消光系数随浓度的增加而下降.同等条件下入射光的功率越大或空气的相对湿度越小,则红磷烟幕的消光系数就越小.

激光威胁源识别是激光告警数据处理的一个重要方面,识别方法直接影响着识别结果的准确性.基于激光信号各技术参数在表明威胁源时都具有一些模糊性的特点,提出了一种基于模糊决策的激光威胁源识别方法.通过运用模糊决策理论,建立了激光能量、波长、重频等技术参数的模糊化数学模型和激光威胁源识别的模糊决策规则库,设计出模糊决策专家系统.在激光告警系统使用不同类型传感器,获得激光波长、重频和脉冲特性等技术参数后,可借助此模糊决策专家系统,判明激光威胁源的类型.仿真结果表明:该方法能够准确快捷地实现激光威胁源的识别,具有一定的应用价值,且可为激光告警的其他数据融合研究提供参考.

论述对激光测距机的欺骗式干扰途径及其实现的技术要求,包括无源和有源型正偏差干扰、负偏差欺骗干扰等,建立了无源光纤激光测距干扰系统的干扰效果评估模型,着重分析和计算了其实现的技术可行性参数,得出了可行性结论.还探讨了激光测距机的反干扰措施.

施放红外烟幕是一种有效地对抗红外成像型反舰导弹的方法之一,为了研究烟幕对抗红外成像型反舰导弹的战术运用方法,分别建立了舰艇、烟幕、导弹的运动模型,并从烟幕浓度的变化引起导引头信噪比变化的角度,建立了烟幕干扰效果的评判模型,给出了烟幕干扰效果的一种判断方法.通过计算机仿真,动态地模拟出了红外烟幕对抗红外成像型反舰导弹的态势,得出了烟幕布放、舰艇规避机动战术决策的原则和方法,仿真结果对烟幕对抗红外成像型反舰导弹的战术运用有重要的参考价值.

介绍了激光成像雷达应用于制导系统中的优势,提出应用仿真技术辅助外差式激光成像雷达制导系统设计的方法.分析了激光成像雷达制导仿真系统的四个主要组成部分:光学部分、数据处理部分、通用库部分和稳定跟踪部分.结合不同环境、器件性能对系统的影响,具体分析各部分的模块并给出多种数学建模方案.最后指出该系统需要进一步完善的功能.

通过对自由电子密度速率方程的简化,得到了计算光学击穿阈值的解析式.将计算结果与波长分别在可见光和近红外波段,脉宽分别为纳秒、皮秒和飞秒的激光脉冲在纯净水和含有杂质的水中实验测量的击穿阈值做了比较,吻合较好.对于纳秒激光脉冲,在纯净水中多光子电离提供初始电子,随后雪崩电离很快在电离的过程中占主导地位.对于短脉冲,多光子电离作用显得尤为重要,并且在击穿的过程中复合损失和碰撞损失对击穿阈值的影响逐渐消失.

最大测程是反映脉冲激光测距机性能优劣的主要参数之一.分析了现行激光测距机最大测程指标考核的方法,比较了各种考核方法的利弊.在此基础上提出了一种采用室外消光法与室内时序增益系数比检测相结合的方案进行激光测距机最大测程测试的新方法,并对两具测距机分别进行了室外消光比、室内时序增益系数比、最大测程的测试,对两者的结果进行了对比.最后针对本测试系统的组成进行了误差分析.结果证明,新的检测方法可以客观、真实、准确地测量1.06μm和1.54μm两种波段的脉冲激光测距机的最大测程,测试结果受天气条件和目标特性影响小,也不受脉冲激光测距机增益电路的影响,且测量精度高,重复性好,操作方便可靠.同时还可对激光测距机测程范围、测距精度、选通范围及选通精度、距离分辨率等主要性能?问心Ｄ獠馐?

为了简化激光器结构,减少腔内损耗,首次提出利用LiNbO₃电光晶体较高的色散特性,实现2μm波段可调谐激光器的调Q与调谐.将LiNbO₃晶体加工成单块特殊形状的棱镜,作为主动调Q器件,用于2 μm波段灯泵Cr-Tm:YAG激光器,以产生巨脉冲,该棱镜还同时具有调谐的功能.将该棱镜插入室温灯泵的Cr-Tm:YAG激光器中,实现了1.95～2.08μm范围的调Q、调谐运转,重复频率为1～5 Hz.实验结果表明,所提出的方法可行.

锁模光纤激光器具有体积小、性能稳定及模式好等优点,日益受到关注.利用一种新型的透过式半导体可饱和吸收镜,实现双包层掺Yb³⁺光纤激光器调Q锁模脉冲激光输出.得到的脉冲调Q包络半高宽约500ns,重复频率110 kHz,平均输出功率45 mW,锁模脉冲重复频率26.7 MHz.锁模光路比反射式吸收镜更简单,易于调节,为进一步引入色散补偿元件进行飞秒脉冲的实验研究奠定了基础.

在分析微光夜视系统视距理论的基础上,论证了用脉冲红外激光阵列助视提高微光夜视系统视距的可行性.针对激光助视易于暴露的缺陷,提出了微光夜视伪随机瞬态激光增强技术.系统研究了伪随机编码理论,并硬件实现了瞬态激光伪随机编码调制及同步图像捕捉控制电路.建立了脉冲红外激光助视微光夜视系统,进行了多次室内、野外试验及试验结果观测评估,取得了较好效果.

高速飞行器在大气层中高速飞行时,其头罩表面受大气气流的影响产生严重的气动光学效应.头罩周围湍流流场的高频变化,将影响来自目标的红外辐射光线的传输,使导引头成像器中目标图像产生模糊、抖动、偏移和能量衰减,给红外成像末制导带来不利影响,降低导引头对目标的探测、跟踪与识别能力,进而影响末制导精度.以红外成像制导技术在高速拦截器上的应用需求为背景,进行了高速湍流流场光学传输效应理论计算基本方法的分析,介绍了建立的数学模型和仿真软件,最后给出了典型状态下的计算结果.

为了解决低腔压大功率气体激光器传统固体输出窗口的热吸收问题,多采用自由旋涡气动窗口替代传统固体输出镜的方法.通常,自由旋涡气动窗口的设计采用无粘特征线方法结合经验修正,扩压段的设计采用理论分析结合经验的方法.基于对气动窗口整个流场的数值模拟来设计气动窗口的研究还不太完善,利用超声速自由旋涡流动结构并结合数值模拟的方法,设计了自由旋涡气动窗口,用数值模拟的方法得到了较理想的扩压段宽度和位置,最后对气动窗口全流场进行了模拟,结果表明自由旋涡气动窗口的设计是可行的.

随着微机电系统(MEMS)设计日趋成熟,度量问题越来越成为微系统技术中的热点.使用改进的拉普拉斯求和方法(SML)和深度估计法来测量热度驱动微夹持器末端的弯曲程度.实验中,使用了10幅在42℃时微夹持器的水下工作图像来验证这种光学聚焦方法,结果证明使用光学聚焦方法可以测量出作为驱动器反馈输入的末端弯曲大小,实现对驱动器运动的精确控制.

针对红外序列图像中弱小目标检测问题,提出了用最小二乘向量机对原始红外图像中每一像素的局部区域作灰度曲面最佳拟合,在拟合曲面上进行灰度极大值像素点位置估计,实现目标的粗定位.真正的目标取决于中心点的灰度是否高于其邻域的平均灰度.并以径向基核函数为例推导出了极值点估计所需的二阶方向导数算子.对模拟和实际图像进行了小目标检测的实验验证.结果表明,基于支持向量机的小目标检测算法具有较强的适应性.

在复杂背景的图像序列中检测小目标一直是研究重点.提出了一种基于模式侧抑制的复杂背景下小目标检测的方法.将复杂背景下的小目标检测问题看作是在大量相似模式中寻找某个特殊模式的模式识别问题.通过建立基于模式的侧抑制网络模型,在模式空间中对模式进行侧抑制处理,达到突出特殊模式抑制相似模式的目的.同时指出,用该方法对图像进行多级处理可进一步改善处理效果.进行了该方法与去局部均值滤波、基于形态学Top-Hat算子滤波、多级滤波和基于侧抑制理论滤波四种传统方法的比较实验,并将信杂比(SCR)及信杂比增益作为评价算法性能的指标.实验结果表明,提出的方法在提高图像信杂比方面要优于其他几种方法,能有效抑制背景杂波,提高对目标的单帧检测能力.

序列图像中运动点目标的检测按图像的成像系统不同,可分为红外图像中运动点目标的检测和可见光图像中运动点目标的检测,而现有检测算法多是针对前者.为寻找一种适用于两种类型图像的运动点目标的检测方法,以多云天空为研究背景,提出了一种新的运动点目标检测算法.采用高通滤波和形态学滤波相结合的方法进行背景抑制,基于检测前跟踪(TBD)的基本思想,根据相邻三帧进行目标分割,利用轨迹能量累积方法完成目标检测.理论分析和仿真结果表明,该算法简单易行,既适用于红外图像又适用于可见光图像的运动点目标,而且对目标的运动速度和方向无任何限制.

针对红外警戒与跟踪系统中的实时弱小运动目标检测问题,提出了一种基于时空域融合滤波的小目标检测算法.算法在空域上利用形态学Tophat滤波抑制背景增强目标,在时域上通过改进的帧间差分方法增强运动目标,时空域处理结果融合分割后,根据目标运动的连续性和规则性,利用相邻帧中可能目标点之间的位置关系判别目标.算法全面考虑到了运动小目标在时域与空域方面的特性,时空域融合增强后可大大提高目标信噪比.通过实际录取的云层背景飞机目标红外数据检测表明,时空域融合滤波方法能更有效地从复杂背景中检测低信噪比运动小目标,减小虚警率,抗噪声干扰能力强.算法易于硬件实现,能够有效地应用于红外搜索与跟踪系统的实时目标检测中.

利用BP神经网络对红外目标进行识别之前,若不对原始样本数据进行预处理与特征提取,一方面使识别结果准确性降低,另一方面使BP神经网络的结构复杂化,采用主成分分析法可解决这些问题.主成分分析法能较好地提取表征样本的少数几个主分量,由该方法的特点可知,这几个主分量彼此不相关,非常符合特征优化的要求.研究结果表明,用该方法处理后的结果数据输入BP神经网络,提高了识别正确率,减少了训练时间,同时也简化了网络结构.将两种常见的模式识别方法结合用于红外目标识别:先由主成分分析法对原始样本数据进行精简处理,然后再由BP神经网络法进行分类识别,与传统的单一识别方法相比,准确度得到提高,计算量大为减少.

从时间序列退化图像中依次连续取两帧图像来估计湍流瞬态点扩展函数,将约束优化原理应用在气动光学效应退化图像的复原过程中.针对气动光学效应湍流点扩展函数复杂多峰、随机多变等特性,在点扩展函数的估计过程中,采用保凸峰等优化策略,将点扩展函数离散值的计算转化为基于松弛迭代的最优化估计,通过极小化准则函数估计点扩展函数值,进而恢复退化图像.实验结果表明,本文方法复原效果好,速度较快.

交叉熵值的大小反映了模板图像与实时图像之间的信息量差异大小,从平均意义上来表征模板图像与实时图像之间的信息量差异量.为了解决机载成像光电吊舱系统中的图像辐射失真和几何失真问题,提出了基于局部交叉熵的图像匹配跟踪算法.由于交叉熵值最小准则有利于信息量丰富的图像匹配,因此该算法不仅具有抗噪能力,而且具有良好的抗辐射失真和抗几何失真的能力.仿真试验表明:在辐射失真情况下,该算法具有稳健的匹配跟踪能力,适应能力强,是一种很实用的匹配跟踪算法.

特定目标的检测与识别是自动目标识别的关键技术之一.作为典型地面目标,机场跑道的识别,一直是自动目标识别领域人们感兴趣的研究课题.针对机场的跑道成像是线状结构和高灰度值的特征,提出了一种基于多尺度线状目标强化的机场跑道识别算法.实验结果表明,在复杂背景下,此方法在将机场跑道目标强化出来的同时,能够很好地抑制其他非线状特征目标,起到真正的强化作用.因此,在复杂背景下,此方法较基于边缘的机场跑道识别算法具有更好的识别性能.

边缘检测已经成为图像理解和计算机视觉中的一个主要领域,其检测的质量直接影响后期理解的效果.寻找一种对噪声不敏感、定位精确、能有效区分真假边缘的方法,一直是研究的重点.从理论上来说,Canny算子是连续域最优的边缘检测算子,但在离散域中却并非最优,对于数字图像可能存在误差.为此,提出一套完整的离散域边缘检测算法.在最优滤波器理论基础上,推导出离散域的最优平滑算子,抑制了图像的分割错误、噪声和伪边缘的影响.实验表明,该算法能有效实现灰度图像的多尺度边缘检测,具有高的信噪比,更清楚和更符合计算机识别要求,是一个理想的边缘检测方法.

针对测量方差预先设定对滤波精度的影响,提出了一种基于时空综合分析在线估算测量方差的方法,以充分利用多个传感器单次采样数据和单个传感器多次采样数据中蕴含的冗余和互补信息,改善了由于被测目标所处环境的先验信息匮乏而造成的建模误差问题.同时根据滤波误差协方差阵具有表示滤波精度的特性,实现系统中各传感器权系数动态合理的分配.最终给出了一种基于测量方差自适应的多传感器数据融合算法.通过蒙特卡罗仿真验证了该算法的有效性.

可编程片上系统(SOPC)是Altera公司提出的一种灵活、高效的片上系统解决方案,为构建实时、小型化的红外图像处理器提供了有效的解决途径.介绍了一种基于SOPC技术的红外图像处理器,可对数字红外图像进行实时处理和显示驱动.处理器主要包括非均匀校正模块、实时图像增强模块和显示驱动模块.处理功能主要由一片Altera公司的SOPC芯片EPXA4完成.实验结果表明,采用SOPC技术构建的红外图像处理器集成度高、功耗低、可靠性强、实时性好.

锗酸盐和氟铝酸盐透红外玻璃材料作为窗口或头罩材料具有广泛的应用前景.结合锗酸盐玻璃含有少量水的问题,在成分中引入氟化物,实验表明:随氟化物含量增加,玻璃中羟基含量逐渐降低.同时通过对熔制温度的调整,获得了不合羟基的红外玻璃.针对氟铝酸盐玻璃在冷却过程中易析晶的问题,在氟化物组分中加入少量重金属氧化物TeO2,得到析晶性能好的氧氟铝酸盐玻璃.同时给出了两类红外材料的一些物理、化学性质.