对抗激光与红外兼容隐身的光谱学装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种对抗激光与红外兼容隐身的光谱学装置，包括脉冲发生器、窄带扫描控制器、逻辑处理部件、光谱窄带扫描滤波器、高灵敏碲镉汞APD探测器、分帧单光子像接收器、目标提取部件、图像融合部件及监视器，其中脉冲发生器与窄带扫描步进控制器和逻辑处理部件分别连接；窄带扫描控制器与光谱窄带扫描滤波器和高灵敏碲镉汞APD探测器分别连接；光谱窄带扫描滤波器置于高灵敏碲镉汞APD探测器的前端，该高灵敏碲镉汞APD探测器、分帧单光子像接收器、目标提取部件、图像融合部件和监视器依次相连，逻辑处理部件分别连接目标提取部件和图像融合部件。本发明专利技术达到对抗激光与红外兼容隐身目标的效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于反隐身红外探测技术，特别是一种对抗激光与红外兼容隐身的光谱学装置。
技术介绍
一般的，探测技术和隐身技术是一对相互制约的矛盾。近年来，随着更小更轻，结构更简单，成本更便宜的非制冷型红外器件的发展，红外探测技术被广泛应用于目标探测、识别和制导等诸多领域，而其能全天候工作、隐蔽性好、抗干扰能力强等优点被充分发挥出来。同时，针对红外探测技术使战场中人员、武器设备、军事目标受到越来越大的威胁，红外隐身技术利用屏蔽、低发射率涂料、热抑制等措施，降低或改变目标的红外辐射特征，即降低目标的红外辐射强度与特性，从而实现目标的低可探测性，以对抗红外探测系统的侦察。更有甚者，一些兼容隐身方法的提出与实现，往往可以使目标可以躲避常规单一谱段探测器的追踪，给探测技术提出了更大的难题。为了解决这个问题，多波段复合探测的概念被提了出来。从原理上讲，当光线照射到物体上时，都会发生吸收、反射、透射三个过程。根据基尔霍夫定律，物体在热平衡状态时发射率等于吸收率。所以对于非透明物体(即透射率为零)，在任一固定波段，其发射率和反射率必然成反比。多波段复合探测正是利用了这一特点实现对隐身目标的探测，从而受到了各国军事部门的高度关注。美国军方及国防部自上世纪90年代起就启动了“联合多光谱计划(JMSP)”，进行一系列红外超光谱现场测试。法国“斯皮拉尔”舰用红外警戒系统和荷兰的IRSCAN也都采用了双波段(3～5μm，8～12μm)复合探测方式来提高目标的探测率。国内方面，近年来各高校及研究所对多光谱、超光谱红外探测也做了大量的研究工作。2002年长春光学精密机械与物理研究所和南开大学现代光学研究所的孙强、于斌等报导了二元光学在红外超光谱探测中的应用研究成果，从理论上阐明了二元光学元件大色散特性的新型红外超光谱探测成像的原理。2003年哈尔滨工业大学空间光学工程研究中心的武春风、张伟等报导了基于红外多光谱图像相关性的自动目标识别算法的研究成果(《红外与毫米波学报》2003年第22卷4期“基于红外多光谱图像相关性的自动目标识别算法”)，提出了一种基于红外多光谱图像相关性的自动目标识别新算法。2005年南开大学和天津大学的杨新军，母国光等报导了折/衍混合多光谱红外成像光谱仪离轴系统设计研究成果(《红外与激光工程》2005年第34卷4期“折/衍混合多光谱红外成像光谱仪离轴系统设计”)，阐述了利用衍射光学元件色散特性的新型红外双波段超光谱探测成像的基本原理，并给出了具体的系统设计实例。但是对于激光与红外兼容隐身目标，隐身技术通过改变目标发射及反射波段频谱来实现躲避隐身探测的目的。军事上，激光隐身技术会使目标反射时避开10.6μm敏感区，而红外隐身技术会使目标在3～5μm，8～12μm这两个大气窗口具有较低的发射率，激光与红外兼容隐身技术则会使目标在10.6μm附近出现较窄的低反射率带，而其他波段均为低辐射，以此来达到对激光的隐身，同时又对红外隐身的影响不大，而被改变的发射或反射波段具体频谱位置是不可知的，然而由于传统双波段，多波段探-->测的探测频谱区域固定化，所以对于激光与红外兼容隐身目标的探测，难以保证探测的稳定性，实用性也较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于窄带光谱扫描的反隐身红外探测装置，在扫描探测时并没有固定探测频谱，而是根据环境条件自适应的调节光谱分割带宽及光谱扫描步进距离，对场景进行光谱扫描和空间扫描。当在对激光与红外兼容隐身目标进行红外波段成像探测时，它能够有效探测到目标信号，提高探测精度及成像质量。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种对抗激光与红外兼容隐身的光谱学装置，包括脉冲发生器、窄带扫描控制器、逻辑处理部件、光谱窄带扫描滤波器、高灵敏碲镉汞APD探测器、分帧单光子像接收器、目标提取部件、图像融合部件及监视器，其中脉冲发生器与窄带扫描步进控制器和逻辑处理部件分别连接；窄带扫描控制器与光谱窄带扫描滤波器和高灵敏碲镉汞APD探测器分别连接；光谱窄带扫描滤波器置于高灵敏碲镉汞APD探测器的前端，该高灵敏碲镉汞APD探测器、分帧单光子像接收器、目标提取部件、图像融合部件和监视器依次相连，逻辑处理部件分别连接目标提取部件和图像融合部件；脉冲发生器产生装置工作所需的基准时钟，控制窄带扫描控制器、处理逻辑部件运行，窄带扫描控制器在基准时钟的作用下，产生光谱窄带扫描滤波器工作所需的驱动电源及控制信号，同时，窄带扫描控制器会根据典型背景下最佳带宽的数据库，对光谱分割带宽进行自适应调节，匹配窄带扫描滤波器选用合适的滤光膜，达到窄带分割目的；包含背景和目标的场景信息经光谱窄带扫描滤波器作用后，被分割成窄带单一频谱信息，之后在高灵敏碲镉汞APD探测器的作用下，形成分帧单光子图像信息；光谱窄带扫描滤波器以步进带宽扫描的方式，扫描成像探测所感兴趣的光谱波段，最终形成多幅分帧单光子图像信号；含有目标信号、背景信号及噪声信号的分帧单光子图像混合信号，传输至分帧单光子像接收器，接收并储存，通过处理逻辑部件控制下的目标提取部件和图像融合部件进行降低噪声、提取目标、融合图像等一系列的信号处理；目标提取部件首先对分帧单光子像接收器接收来的分帧单光子图像混合信号进行降噪预处理，降低探测器工作带来的系统噪声和环境变化带来的环境噪声对后面信号处理工作的影响；接下来目标提取部件对比分帧单光子像接收器接收来的各幅分帧单光子图像是否存在发射率异常，以判断此分帧单光子图像是否是关键帧；然后，在关键帧单光子图像中，通过阈值选取，区分出目标和背景信息；图像融合部件甄别选取目标提取部件处理后目标信息明显的多幅分帧单光子图像进行数据融合，降低背景噪声，增强目标信息，形成融合图像，最终送达图像监视器供观察者观察。本专利技术与现有技术相比，其显著优点：采用对抗激光与红外兼容隐身的光谱学装置对激光与红外兼容隐身目标进行检测成像，针对激光与红外兼容隐身目标的隐身原理和特性，采用了窄带光谱扫描的方式，即在扫描探测时并没有如传统的反隐身探测成像系统般固定探测频谱，而是根据环境条件自适应的调节光谱分割带宽及光谱扫描步进距离，利用光谱窄带滤光膜实现光谱分割，对场景进行光谱扫描和空间扫描。对比传统探测系统在固定频谱探测，本装置将目标信号的光谱细分并实现光谱段扫描，一方面，没有先验地假定目标光谱的发射率异常一定出现在某个固定的探测频谱，提高了探测的可靠性和稳定性。另一方面由于光电探测器的工作在其响应频率范围内是一个积分过程，而将光谱细分可以-->提高探测器的工作效率，从而保证能够提高探测精度及成像质量。本装置还利用碲镉汞APD探测器的高灵敏探测特性，保证经光谱分割后的窄带信号可靠的测出，继而锁定发射率出现异常的频谱和位置，探测出目标，达到对抗激光与红外兼容隐身目标的效果。下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。附图说明图1是基于窄带光谱扫描的反隐身红外探测装置构成。图2是基于窄带光谱扫描的反隐身红外探测装置中窄带扫描控制器的工作流程框图。图3是基于窄带光谱扫描的反隐身红外探测装置中逻辑处理部件的工作流程框图。图4是普通非制冷型碲镉汞红外探测器响应度随波长变化的曲线。具体实施方式结合图1，本专利技术对抗激光与红外兼容隐身的光谱学装置，依次由脉冲发生器1，窄带扫描控制器2，逻辑处理部件本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种对抗激光与红外兼容隐身的光谱学装置，其特征在于包括脉冲发生器（１）、窄带扫描控制器（２）、逻辑处理部件（３）、光谱窄带扫描滤波器（４）、高灵敏碲镉汞ＡＰＤ探测器（５）、分帧单光子像接收器（６）、目标提取部件（７）、图像融合部件（８）及监视器，其中脉冲发生器（１）与窄带扫描步进控制器（２）和逻辑处理部件（３）分别连接；窄带扫描控制器（２）与光谱窄带扫描滤波器（４）和高灵敏碲镉汞ＡＰＤ探测器（５）分别连接；光谱窄带扫描滤波器（４）置于高灵敏碲镉汞ＡＰＤ探测器（５）的前端，该高灵敏碲镉汞ＡＰＤ探测器（５）、分帧单光子像接收器（６）、目标提取部件（７）、图像融合部件（８）和监视器依次相连，逻辑处理部件（３）分别连接目标提取部件（７）和图像融合部件（８）；脉冲发生器（１）产生装置工作所需的基准时钟，控制窄带扫描控制器（２）、处理逻辑部件（３）运行，窄带扫描控制器（２）在基准时钟的作用下，产生光谱窄带扫描滤波器（４）工作所需的驱动电源及控制信号，同时，窄带扫描控制器（２）会根据典型背景下最佳带宽的数据库，对光谱分割带宽进行自适应调节，匹配窄带扫描滤波器选用合适的滤光膜，达到窄带分割目的；包含背景和目标的场景信息经光谱窄带扫描滤波器（４）作用后，被分割成窄带单一频谱信息，之后在高灵敏碲镉汞ＡＰＤ探测器（５）的作用下，形成分帧单光子图像信息；光谱窄带扫描滤波器（４）以步进带宽扫描的方式，扫描成像探测所感兴趣的光谱波段，最终形成多幅分帧单光子图像信号；含有目标信号、背景信号及噪声信号的分帧单光子图像混合信号，传输至分帧单光子像接收器（６），接收并储存，通过处理逻辑部件（３）控制下的目标提取部件（７）和图像融合部件（８）进行降低噪声、提取目标、融合图像等一系列的信号处理；目标提取部件（７）首先对分帧单光子像接收器（６）接收来的分帧单光子图像混合信号进行降噪预处理，降低探测器工作带来的系统噪声和环境变化带来的环境噪声对后面信号处理工作的影响；接下来目标提取部件（７）对比分帧单光子像接收器（６）接收来的各幅分帧单光子图像是否存在发射率异常，以判断此分帧单光子图像是否是关键帧；然后，在关键帧单光子图像中，通过阈值选取，区分出目标和背景信息；图像融合部件（８）甄别选取目标提取部件（７）处理后目标信息明显的多幅分帧单光子图像进行数据融合，降低背景噪声，增强目标信息，形成融合图像，最终送达图像监视器供观察者观察。...

【技术特征摘要】
1.一种对抗激光与红外兼容隐身的光谱学装置，其特征在于包括脉冲发生器(1)、窄带扫描控制器(2)、逻辑处理部件(3)、光谱窄带扫描滤波器(4)、高灵敏碲镉汞APD探测器(5)、分帧单光子像接收器(6)、目标提取部件(7)、图像融合部件(8)及监视器，其中脉冲发生器(1)与窄带扫描步进控制器(2)和逻辑处理部件(3)分别连接；窄带扫描控制器(2)与光谱窄带扫描滤波器(4)和高灵敏碲镉汞APD探测器(5)分别连接；光谱窄带扫描滤波器(4)置于高灵敏碲镉汞APD探测器(5)的前端，该高灵敏碲镉汞APD探测器(5)、分帧单光子像接收器(6)、目标提取部件(7)、图像融合部件(8)和监视器依次相连，逻辑处理部件(3)分别连接目标提取部件(7)和图像融合部件(8)；脉冲发生器(1)产生装置工作所需的基准时钟，控制窄带扫描控制器(2)、处理逻辑部件(3)运行，窄带扫描控制器(2)在基准时钟的作用下，产生光谱窄带扫描滤波器(4)工作所需的驱动电源及控制信号，同时，窄带扫描控制器(2)会根据典型背景下最佳带宽的数据库，对光谱分割带宽进行自适应调节，匹配窄带扫描滤波器选用合适的滤光膜，达到窄带分割目的；包含背景和目标的场景信息经光谱窄带扫描滤波器(4)作用后，被分割成窄带单一频谱信息，之后在高灵敏碲镉汞APD探测器(5)的作用下，形成分帧单光子图像信息；光谱窄带扫描滤波器(4)以步进带宽扫描的方式，扫描成像探测所感兴趣的光谱波段，最终形成多幅分帧单光子图像信号；含有目标信号、背景信号及噪声信号的分帧单光子图像混合信号，传输至分帧单光子像接收器(6)，接收并储存，通过处理逻辑部件(3)控制下的目标提取部件(7)和图像融合部件(8)进行降低噪声、提取目标、融合图像等一系列的信号处理；目标提取部件(7)首先对分帧单光子像接收器(6)接收来的分帧单光子图像混合信号进行降噪预处理，降低探测器工作带来的系统噪声和环境变化带来的环境噪声对后面信号处理工作的影响；接下来目标提取部件(7)对比分帧单光子像接收器(6)接收来的各幅分帧单光子图像是否存在发射率异常，以判断此分帧单光子图像是否是关键帧；然后，在关键帧单光子图像中，通过阈值选取，区分出目标和背景信息；图像融合部件(8)甄别选取目标提取部件(7)处理后目标信息明显的多幅分帧单光子图像进行数据融合，降低背景噪声，增强目标信息，形成融合图像，最终送达图像监视器供观察者观察。2.根据权利要求1所述的对抗激光与红外兼容隐身的光谱学装置，其特征在于窄带扫描控制器(2)由滤波器驱动电路、反馈控制模块和典型背景下最佳带宽数据库组成，滤波器驱动电路在基准时钟的作用下，产生光谱窄带扫描滤波器(4)工作所需的驱动电源，控制光谱窄带扫描滤波器(4)工作；反馈控制模块会根据高灵敏碲镉汞APD探测器(5)测得的信号特征，比对典型背景下最佳带宽的数据库，匹配窄带扫描滤波器选用合适的滤光膜及选取适当的窄带扫描频率步进幅度，实现对光谱分割带宽的自适应调节。3.根据权利要求2所述的对抗激光与红外兼容隐身的光谱学装置，其特征在于在窄带扫描控制器(2)的作用下，高灵敏碲镉汞APD探测器(5)首先接收到第一坐标下场景的光谱信息，在和典型背景光谱条件做出对比之后，选则最佳窄带分割带宽及光谱步进的长度，光谱窄带扫描滤波器(4)的机械结构会带动相匹配的滤光膜组转动到高灵敏碲镉汞APD探测器(5)前端，并以相匹配的步进长度控制更换滤光膜组，实现对场景的光谱窄带扫描；在完成所有相匹配滤光膜组的更换，结束光谱窄带扫描之后，高灵敏碲镉汞APD探测器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：柏连发，张毅，陈钱，顾国华，钱惟贤，隋修宝，何伟基，路东明，于雪莲，屈惠明，张闻文，徐杭威，岳江，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：84