基于红外线象的制导系统

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1、基于红外线象的制导系统§1引言红外线象又称热成象。热成象系统摄取目标和物景发射出的红外辐射，并将其转换成图象。早在四十年代就已开始了热成象的研究工作，但直到1952年才制成第一台热象记录仪。随着探测器性能不断改进创新，扫描技术CCD软件、光学设计、信息处理技术等方面不断发展，尤其是近一些年来微处理机的开发应用飞速跃进，使热成象系统的应用研究十分广阔。热象仪的应用研究工作在整个红外应用研究方面目前几乎处于主导地位，它在工业、地资勘探、环境保护、交通管理、医疗、公安、军事等方面获得了广泛的应用。红外成象在摄像机上的应用一、热象仪的组成热象仪景物经热象仪的光学系统

2、成象在接受面上。热象仪能显示出景物热图的关键是要先将景物按一定规律进行分割，即将所观察的整个景物空间按水平及垂直两方向分割成若干个小的空间单元，接受系统依次扫过各空间单元并将各空间单元的信号再组合而成为整个景物空间的图象。热象仪的组成如图3—1所示。探测器在某一瞬时实际上只接受一个景物空间单元的信息。扫描机构依次使接受系统对景物空间进行二维扫描，于是接受系统将按时间先后依次接受到二维空间的各景物单元的信息。这个信息经放大处理后成为一维时序视频信号。接受系统将景物的视频信号送到显示器。这个一维时序视频信号与由同步机构送来的同步信号合成后显示出完整的景物图象。对

3、景物空间的分割有三种方式，即光机扫描、电子束扫描和固体自扫描。图3-1采用光机扫描方式的热象仪原理结构如图3—2所示。单元探测器与物空间单元相对应，当光学系统作方位偏转及俯仰偏转时，单元探测器所对应的物空间单元也在方位方向上及俯仰方向作相应移动，光学系统偏转角的大小决定了扫描的空间范围(即观察的空间范围)。这种使光学系统偏转而探测器仅有很少接受范围的扫描方式称为光机扫描。图3-2采用电子束扫描方式的热象仪主要是指热释电摄象仪，其原理结构如图3—3所示。景物空间的整个观察区域一起全都成象在热释电摄象管的靶面上，图象信号是通过电子束检出的，只有电子束所触及的那一

4、小单元区域才能有信号输出。摄象管的偏转线圈控制电子束沿靶面扫描，这样便能依次拾取整个观察区域的图象信号。接受系统对整个景物进行观察，然后再通过电子束扫描去分割景物的扫描方式称为电子束扫描。图3-3固体自扫描系统是通过面阵探测器来实现的如图3—4所示。面阵中的每一个探测器单元对应于景物空间的一个相应单元，整个探测器面阵对应一整个观察区域空间。通过采样换接技术，使各探测器单元所感受到的景物信号依次送出。这种利用面阵探测器大面积摄象，通过采样而对图象进行分割的方法称为固体自扫描，也称作凝视式系统。若面阵探测器是CCD形式的，则采样换接方式变成了CCD的信号电荷转移

5、的方式，探测器上各单元的信号电荷在转移脉冲的作用下迅速依次转移，直至输出至器件外部。图3-4从目前情况来看，光机扫描热象仪由于工艺条件较成熟，性能较好，在应用中占优势地位；热释电摄象仪结构简便，具有中等水平的性能指标也相当普通地适用某些民用部门；红外CCD摄象仪结构更加的简便，性能指标也好，随着红外CCD制造工艺的不断完善，最终将成为热象仪中占主导地位的品类。可见光图象主要是霉景物反射本领的差别而形成的。而热象仪对景物成象则是基于景物各部分温度的差异及发射率的差异。目前可以区辨的景物温差(温度分辨率)，约为0.005℃，可区辨的最小景物单元(空间分辨率)，约

6、为0.06mrad。热成象系统与可见光电视摄象系统从原理上看实质上是相同的，只是工作波段不一样(热成象系统工作在红外波段，而电视摄象系统工作在可见光波段)，所以热成象系统亦或称作红外电视。二、热成象系统的特点一般的红外搜索跟踪系统要获取目标的方位信息，并对目标进行跟踪，通常情况下是将目标当作点源进行处理的。热成象系统则要求对景物成象，根据热象的特征进而确定景物的某些特性，因此热成象系统所观察的景物为面辐射源。这是两者的基本区别。从这个基本考虑出发，可进一步分析热成象系统的一些特点。1．目标热成象系统所敏感的是景物各部分的温差及发射率(及反射率)的差异，而不是

7、单纯的目标辐射强度的强弱。2．成象热成象系统要求在较宽的视场范围内成象，象质清晰，否则热图会模糊不清，因此热成象系统的光学系统象质要求较一般的探测系统为高。对电子束扫描和固体自扫描的热成象系统来说，系统视场即为所观察的空间范围；对光机扫描热成象系统来说，瞬时视场较小(如1mrad或更小)，但所需观察的空间范围却较大，因此光学系统需要对空间进行扫描。扫描的光学系统亦应保证足够好的象质。3．探测器为了提高热成象系统的性能，探测器常采用多元器件，用作多元并扫或多元串扫。单元探测器的热象仪常用于对灵敏度要求不太高的民用部门。4．信息处理除了低噪声放大以外，还有很多关

8、于景物视频信号处理的特殊问题(如延时叠加、多路传输及