紅外面陣搜索系統(tǒng)快速掃描成像像移補償技術研究與實現(xiàn)

發(fā)布時間：2020-09-23 08:14

　　與當前線列探測系統(tǒng)相比,紅外面陣搜索系統(tǒng)具有探測能力強、掃描效率高等特點,是紅外領域研究的熱點之一。但是由于在探測積分時間內(nèi)成像景物相對探測靶面是運動的,面陣掃描成像不可避免的會帶來圖像質(zhì)量退化問題,本文針對面陣掃描成像圖像退化問題,開展了圖像質(zhì)量退化機理分析、像移補償方案比較、高頻率大擺角快速反射鏡伺服控制策略研究、像移補償效果評估等方面的研究工作。主要研究內(nèi)容包括:1對紅外面陣掃描探測進行機理分析,基于動態(tài)光學理論推導出紅外面陣掃描圖像像移方程以及動基座下俯仰指向視軸穩(wěn)定方程,從理論上分析了二維搜索下紅外面陣掃描成像的圖像像移、視場旋轉(zhuǎn)、補償速率變化等問題。分析出補償系統(tǒng)的帶寬、位置準確度、速度準確度,為具體方案的實施提供了理論依據(jù)和設計指導,深入研究了紅外面陣搜索系統(tǒng)的像移補償方案,提出了一種基于快速反射鏡的像移補償方法。2提出一種實時視軸跟蹤的IRST(紅外搜索跟蹤)系統(tǒng)像移補償控制技術,達到了方位搜索轉(zhuǎn)臺與補償反射鏡的快速匹配效果,實現(xiàn)了紅外面陣搜索系統(tǒng)在一定俯仰角度下方位搜索轉(zhuǎn)臺變速運動下高質(zhì)量的像移補償,快速反射鏡伺服系統(tǒng)抗擾動能力與控制帶寬得到了顯著的提高。采用高精度測速算法實現(xiàn)對方位搜索轉(zhuǎn)臺速率的實時測量,采用SIMULINK構建了振鏡控制模型,對伺服系統(tǒng)電流環(huán)、速度環(huán)以及位置環(huán)的帶寬、階躍響應、抗干擾能力等性能進行了仿真分析。仿真和實驗結(jié)果證明了采用該方法能夠有效的實現(xiàn)提升振鏡控制系統(tǒng)的帶寬,實現(xiàn)快速面陣掃描的高質(zhì)量成像。3設計并實現(xiàn)了一套具有像移補償功能的紅外面陣連續(xù)掃描探測系統(tǒng),采用像方掃描像移補償技術,實現(xiàn)了紅外面陣連續(xù)掃描成像。研究了補償伺服系統(tǒng)的設計,包括關鍵元部件的選型、伺服系統(tǒng)軟硬件實現(xiàn)。搭建了紅外面陣搜索系統(tǒng)的實驗樣機,實現(xiàn)了快速面陣掃描成像的像移補償。4設計了像移補償效果驗證方案,搭建紅外面陣搜索系統(tǒng)的像移補償測試平臺。采用實驗室靶標對紅外面陣搜索系統(tǒng)的MTF(調(diào)制傳遞函數(shù))進行測試,對像移補償效果進行評估。開展了系統(tǒng)外場全景搜索成像實驗,對快速面陣掃描成像的像移補償做了定性和定量評價,提出了采用傾斜刃邊法測量紅外面陣搜索系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù),分析出紅外面陣搜索系統(tǒng)成像質(zhì)量的定量性指標。分別測量了未補償、補償后以及無像移圖像的最小可分辨溫差和調(diào)制傳遞函數(shù),從而證明了采用振鏡的反掃補償方案可以有效實現(xiàn)對快速面陣掃描成像的像移補償要求,成像效果接近凝視型。本論文的研究工作表明:連續(xù)掃描凝視補償方式能夠很好的實現(xiàn)對快速面陣掃描成像的像移補償功能,極大的縮短了幀與幀之間的穩(wěn)定時間,充分發(fā)揮了面陣探測器高幀頻的優(yōu)勢,提升了系統(tǒng)的幀頻,大幅提升掃描效率。實時視軸跟蹤的IRST系統(tǒng)像移補償控制技術能夠有效的提升振鏡的控制性能,達到了振鏡與方位搜索轉(zhuǎn)臺變速運動下二者的快速匹配,同時像移殘差小于1/3個像元,從而實現(xiàn)紅外面陣搜索系統(tǒng)的高質(zhì)量像移補償。
【學位單位】：中國科學院大學(中國科學院上海技術物理研究所)
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN215;TP391.41
【部分圖文】：

天狼星,長波紅外探測器

圖 1.1 Artemis IRST 結(jié)構Figure 1.1 Artemis IRST structureSIRUS）是遠程紅外警戒和跟蹤系統(tǒng)，可索能力。系統(tǒng)采用線列掃描型方案，對超音方位 360°，仰角覆蓋 3.8°監(jiān)測，掃描速用高性能制冷性中、長波紅外探測器，工×10，300×8 單元；系統(tǒng)采用斯特林制冷原

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