无需大气消光系数的红外小目标距离估计方法技术

本发明专利技术提出了一种无需大气消光系数的红外小目标距离估计方法，属于光电探测技术领域，主要解决现有小目标距离估计准确度和实用性差的问题。其实现步骤是：先利用红外传感器测量目标的辐照度E[n]；利用光电经纬仪获得目标的方位角αn和俯仰角βn；利用定位系统获得探测器的空间坐标(xn-1，yn-1，zn-1)；根据方位角αn、俯仰角βn确定目标的方向余弦ln；再利用n-1和n相邻两次采样时刻上的目标辐照度E[n-1]和E[n]计算目标距离比ρ；然后对目标的距离进行估计。本发明专利技术对距离的估计无需大气消光系数，无需要求目标的先验知识和其他限制条件，适用于单波段红外传感器对红外小目标的距离估计。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光电探测
，涉及对成像面积小于20像素的目标，即红外小目标的距离估计，可用于对小目标的被动红外距离探测。
技术介绍
随着光电对抗技术的迅速发展以及它在现代战争中的广泛使用，作战双方对武器系统的隐蔽性要求越来越高。机载或弹载被动红外探测系统，由于不向外界辐射能量，极大地增强了隐身能力和突防能力，成为目前研究的热点之一。但对成像面积小于20像素的红外小目标来说，由于距离信息难以获取，降低了光电对抗系统的性能，限制了光电对抗的应用和发展。因此，被动探测技术成为机载或弹载被动探测系统的关键技术之一，而基于目标辐射传输特性的被动测距成为有关研究的主攻方向。当前有代表性的研究成果主要有以下三篇文献文献1，《基于红外辐射特性的单波段红外图像被动测距》(杨德贵，肖顺平.红外与激光工程，2009，38 (6) =946-950+1013)。这篇文献给出了一个单波段被动测距公式，可以在预知大气消光系数的情况下对目标距离进行估计。实际上，大气消光系数很难准确预知， 因此实际应用中该方法的准确度不够好；文献2，《基于红外搜索系统的被动测距技术研究》(徐志弘，郑猛.舰船电子工程， 2005，25 (2) 127-130)。这篇文献提出了一种对目标距离的估计方法，该方法通过对接收到的目标辐射功率及其变化的处理，结合对目标速度的估计值，估计出目标的距离。该方法尽管避免了对大气消光系数的先验知识，但受到需要对目标速度进行估计的影响，其最终对距离的估计误差较大，高达30%。此外该方法也不适用于目标在角度上做较大机动的情况， 因此其实用性差；文献3，《弹载被动系统测距算法》(伍友利，方洋旺，蔡文新，王洪强.系统工程与电子技术，2009，31(7) 1684-1688)。这篇文献提出利用复杂的扰动滤波算法实现对目标的距离估计。这种方法虽说有较好的仿真结果，但其实现需要假定目标在运动过程中向外的能量辐射出射度始终保持恒定，而在实际应用中这种假定是不合理的。因此这种方法也难以实用化。综上所述，现有方法的不足首先是需要先验知识，如文献1中的大气消光系数和文献2中的目标速度；其次是需要对目标进行条件限制，如文献3中假设目标辐射出射度始终保持恒定，因此在实际应用中现有方法受到的限制条件多，估计准确度和实用性差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有技术的问题，提出一种，以在无需要求目标的先验知识和其他限制条件下，提高估计结果的准确度和实用性。实现本专利技术的目的的技术思路是通过探测器的单波段红外传感器接收红外小目标的辐照度，并设置专门的空间坐标系来获取探测器的空间坐标，通过探测目标相对探测器的方位角和俯仰角估计出目标到探测器的距离。其步骤包括如下(1)设定由单波段红外传感器、光电经纬仪和定位系统构成的探测器的观测坐标系x-y-z，其χ-y平面为探测器平台所在平面，其χ坐标轴的负向为探测器的运动方向在 χ-y平面的投影方向，ζ坐标轴的正向为χ-y平面向上的垂线方向，y坐标轴的方向按照右手坐标系规则设置；(2)设采样时刻序号η = 1,2,3,……，利用单波段红外传感器获取红外小目标在 η-1采样时刻上的辐照度E 和η采样时刻上的辐照度E ；(3)利用与单波段红外传感器平行联动安装的光电经纬仪，获取目标的方向信息， 该方向信息包括目标在η-1采样时刻上的方位角Cilri、俯仰角β 和η采样时刻上的方位角αη、俯仰角βη;(4)利用GPS全球定位系统或北斗星定位系统，根据步骤(1)中设置的探测器观测坐标系，分别获取探测器在η-1采样时刻上的三维空间坐标Ulri，Yn^1, Zn^1)和η采样时刻上的坐标(xn，yn，zn)；(5)根据步骤(2)中获得的目标辐照度E和E，从第η彡2采样时刻开始，计算目标在η-1和η相邻两次采样时刻上到探测器的距离之比P 3 13 101如果Ε彡 Ε，则 ρ = 0.6316(Λ + Λ2+7Λ3+了 Ρ-^Λ6)，其中 k 为中间变权利要求1.一种，包括如下步骤(1)设定由单波段红外传感器、光电经纬仪和定位系统构成的探测器的观测坐标系 x-y-z，其x-y平面为探测器平台所在平面，其χ坐标轴的负向为探测器的运动方向在x_y 平面的投影方向，ζ坐标轴的正向为x-y平面向上的垂线方向，y坐标轴的方向按照右手坐标系规则设置；(2)设采样时刻序号n=1,2,3,……，利用单波段红外传感器获取红外小目标在η-1 采样时刻上的辐照度Ε和η采样时刻上的辐照度E；(3)利用与单波段红外传感器平行联动安装的光电经纬仪，获取目标的方向信息，该方向信息包括目标在η-1采样时刻上的方位角Cilri、俯仰角^lri和η采样时刻上的方位角 α η、俯仰角βη；(4)利用GPS全球定位系统或北斗星定位系统，根据步骤⑴中设置的探测器观测坐标系，分别获取探测器在η-1采样时刻上的三维空间坐标Ulri，yn_i，Zn^1)和η采样时刻上的坐标(Xn' Yn' Zn)；(5)根据步骤(2)中获得的目标辐照度E和E，从第η> 2采样时刻开始，计算目标在η-1和η相邻两次采样时刻上到探测器的距离之比P 如果2.根据权利要求1所述的目标距离估计方法，其中步骤(6)所述的计算目标在η-1采样时刻上的方向余弦Ilri，是通过以下公式所求得Ilri = cosa^cose^。其中Ciiri和β ^是步骤(3)中得到的目标在η_1采样时刻上的方位角和俯仰角。3.根据权利要求1所述的目标距离估计方法，其中步骤(6)所述的计算目标在η采样时刻上的方向余弦In，是通过以下公式所求得In= cosancos^n0其中％和βη是步骤(3)中得到的目标在η采样时刻上的方位角和俯仰角。4.根据权利要求1所述的目标距离估计方法，其中步骤(4)中所述的探测器的空间坐标(Xlri，yn-i，Zlri)和Un，yn，Zn)，是先利用GPS全球定位系统或北斗星定位系统获得探测器的位置信息，再将该位置信息转换到步骤(1)中所设定的探测器观测坐标系中。全文摘要本专利技术提出了一种，属于光电探测
，主要解决现有小目标距离估计准确度和实用性差的问题。其实现步骤是先利用红外传感器测量目标的辐照度E；利用光电经纬仪获得目标的方位角αn和俯仰角βn；利用定位系统获得探测器的空间坐标(xn-1，yn-1，zn-1)；根据方位角αn、俯仰角βn确定目标的方向余弦ln；再利用n-1和n相邻两次采样时刻上的目标辐照度E和E计算目标距离比ρ；然后对目标的距离进行估计。本专利技术对距离的估计无需大气消光系数，无需要求目标的先验知识和其他限制条件，适用于单波段红外传感器对红外小目标的距离估计。文档编号G01C3/00GK102331250SQ20111016440公开日2012年1月25日 申请日期2011年6月17日 优先权日2011年6月17日专利技术者付小宁, 喻睿, 杨琳, 王陆 申请人:西安电子科技大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种无需大气消光系数的红外小目标距离估计方法，包括如下步骤：（１）设定由单波段红外传感器、光电经纬仪和定位系统构成的探测器的观测坐标系ｘ－ｙ－ｚ，其ｘ－ｙ平面为探测器平台所在平面，其ｘ坐标轴的负向为探测器的运动方向在ｘ－ｙ平面的投影方向，ｚ坐标轴的正向为ｘ－ｙ平面向上的垂线方向，ｙ坐标轴的方向按照右手坐标系规则设置；（２）设采样时刻序号ｎ＝１，２，３，……，利用单波段红外传感器获取红外小目标在ｎ－１采样时刻上的辐照度Ｅ［ｎ－１］和ｎ采样时刻上的辐照度Ｅ［ｎ］；（３）利用与单波段红外传感器平行联动安装的光电经纬仪，获取目标的方向信息，该方向信息包括目标在ｎ－１采样时刻上的方位角αｎ－１、俯仰角βｎ－１和ｎ采样时刻上的方位角αｎ、俯仰角βｎ；（４）利用ＧＰＳ全球定位系统或北斗星定位系统，根据步骤（１）中设置的探测器观测坐标系，分别获取探测器在ｎ－１采样时刻上的三维空间坐标（ｘｎ－１，ｙｎ－１，ｚｎ－１）和ｎ采样时刻上的坐标（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）；（５）根据步骤（２）中获得的目标辐照度Ｅ［ｎ－１］和Ｅ［ｎ］，从第ｎ≥２采样时刻开始，计算目标在ｎ－１和ｎ相邻两次采样时刻上到探测器的距离之比ρ：如果Ｅ［ｎ］≤Ｅ［ｎ－１］，则（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）＆ｒｈｏ；（／ｍｉ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｎ）０．６３１６（／ｍｎ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｋ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ｋ（／ｍｉ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｎ）３（／ｍｎ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（／ｍｆｒａｃ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ｋ（／ｍｉ）?（ｍｎ）３（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｎ）１３（／ｍｎ）?（ｍｎ）６（／ｍｎ）?（／ｍｆｒａｃ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ｋ（／ｍｉ）?（ｍｎ）４（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｎ）１０１（／ｍｎ）?（ｍｎ）２４（／ｍｎ）?（／ｍｆｒａｃ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ｋ（／ｍｉ）?（ｍｎ）６（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｏ），（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍａｔｈ）其中ｋ为中间变量，（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｋ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｓｑｒｔ）?（ｍｉ）Ｅ（／ｍｉ）?（ｍｏ）［（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｎ（／ｍｉ）?（ｍｏ）］（／ｍｏ）?（ｍｏ）／（／ｍｏ）?（ｍｉ）Ｅ（／ｍｉ）?（ｍｏ）［（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｎ（／ｍｉ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（ｍｏ）］（／ｍｏ）?（／ｍｓｑｒｔ）?（ｍｏ）；（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍａｔｈ）如果Ｅ［ｎ］＞Ｅ［ｎ－１］，则（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）＆ｒｈｏ；（／ｍｉ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（ｍｏ）／（／ｍｏ）?（ｍｏ）［（／ｍｏ）?（ｍｎ）０．６３１６（／ｍｎ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｑ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ｑ（／ｍｉ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｎ）３（／ｍｎ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（／ｍｆｒａｃ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ｑ（／ｍｉ）?（ｍｎ）３（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｎ）１３（／ｍｎ）?（ｍｎ）６（／ｍｎ）?（／ｍｆｒａｃ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ｑ（／ｍｉ）?（ｍｎ）４（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｎ）１０１（／ｍｎ）?（ｍｎ）２４（／ｍｎ）?（／ｍｆｒａｃ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ｑ（／ｍｉ）?（ｍｎ）６（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）］（／ｍｏ）?（ｍｏ），（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍａｔｈ）其中ｑ为中间变量，（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｑ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｓｑｒｔ）?（ｍｉ）Ｅ（／ｍｉ）?（ｍｏ）［（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｎ（／ｍｉ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（ｍｏ）］（／ｍｏ）?（ｍｏ）／（／ｍｏ）?（ｍｉ）Ｅ（／ｍｉ）?（ｍｏ）［（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｎ（／ｍｉ）?（ｍｏ）］（／ｍｏ）?（／ｍｓｑｒｔ）?（ｍｏ）；（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍａｔｈ）（６）根据步骤（３）中得到的方位角αｎ－１、αｎ和俯仰角βｎ－１、βｎ，分别计算目标在ｎ－１采样时刻上的方向余弦ｌｎ－１和ｎ采样时刻上的方向余弦ｌｎ：（７）根据步骤（４）中得到的探测器在ｎ－１采样时刻上的空间坐标（ｘｎ－１，ｙｎ－１，...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：付小宁，王陆，杨琳，喻睿，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：87