红外面阵搜索系统关键技术研究

发布时间：2018-07-21 10:27

【摘要】：红外搜索成像系统具有探测距离远、被动工作的特点,能实现一定空域范围的成像,并形成全方位的全景图像,并能实现对全景图像内的目标进行探测。国内外针对红外搜索系统进行了广泛的研究,目前采用线列探测器的红外搜索系统技术上已经较为成熟,为了进一步提高红外搜索系统的探测距离、提高成像质量、以及提高红外搜索系统的全方位扫描成像效率,本文采用了基于红外面阵探测器的红外搜索系统,并对其展开了相关关键技术研究,通过在红外面阵搜索系统中引入了快速反射镜,在红外面阵探测器进行搜索扫描成像过程中,控制快速反射镜进行反向运动补偿,来解决面阵探测器扫描成像中的拖尾的问题。搭建了红外面阵搜索系统实验样机,进行了全方位搜索成像实验。本文首先介绍了红外搜索系统的组成部分并对各组成部分的功能进行了描述,接着阐述了红外搜索系统的总体设计思路,之后提出快速反射镜系统的组成和总体设计方案,并对其在红外面阵搜索系统中的像移补偿原理进行了分析,对比了红外面阵搜索系统步进凝视方案和本文中采取的通过快速反射镜动态补偿方案的优缺点,充分利用了红外面阵探测器的高帧频成像的特点,在保证红外面阵探测器成像质量的情况下,提高了红外面阵探测器的搜索效率。本系统中影响成像质量的关键机构是快速反射镜子系统的控制性能的好坏。为了得到较好的控制性能,本文对快速反射镜系统进行了建模与分析,采用最小二乘法对快速反射镜模型进行了分析,并对影响快速反射镜控制性能的因素进行了分析,包括机械谐振和数字控制器等对控制性能的影响。为了得到对快速反射镜较好的控制精度,本文摒弃了传统的PID控制方法,采用了本文提出的结合干扰观测器和零相差控制器的控制方法,提高了快速反射镜的控制精度和控制带宽。最后,完成了红外面阵搜索系统的实验样机搭建,并进行了像移补偿实验和全方位搜索成像实验,并对试验结果进行了分析,实验结果表明本文研究的基于快速反射镜运动补偿的红外面阵搜索系统满足成像指标要求。
[Abstract]:Infrared search imaging system has the characteristics of long detection distance and passive operation. It can realize imaging in a certain spatial range and form omni-directional panoramic image, and can detect the target in panoramic image. The infrared search system has been widely studied at home and abroad. At present, the infrared search system using linear detector has been more mature in technology, in order to further improve the detection distance of the infrared search system and improve the imaging quality. In order to improve the efficiency of omni-directional scanning imaging of infrared search system, the infrared search system based on the external detector of red array is adopted in this paper, and the related key technologies are studied. In order to solve the problem of trailing in scanning imaging of area array detector, the fast mirror is introduced into the search system of red array, and the reverse motion compensation of fast mirror is controlled in the process of searching and scanning imaging of red array detector. An experimental prototype of the red array search system is built, and the omnidirectional search imaging experiment is carried out. This paper first introduces the components of the infrared search system and describes the functions of each component, then describes the overall design idea of the infrared search system, and then puts forward the composition and overall design scheme of the rapid reflector system. The principle of image shift compensation is analyzed, and the advantages and disadvantages of the step gaze scheme and the dynamic compensation scheme through the fast reflector are compared. The characteristics of high frame rate imaging of the external red array detector are fully utilized, and the search efficiency of the outside red array detector is improved under the condition of guaranteeing the imaging quality of the outside red array detector. The key mechanism affecting the imaging quality of the system is the control performance of the fast reflector subsystem. In order to obtain better control performance, the fast mirror system is modeled and analyzed, the fast mirror model is analyzed by the least square method, and the factors affecting the control performance of the fast mirror are analyzed. Including mechanical resonance and digital controller on the control performance. In order to obtain better control precision for fast reflector, the traditional pid control method is abandoned in this paper, and the control method combining disturbance observer and zero phase difference controller is proposed in this paper. The control precision and control bandwidth of the fast mirror are improved. Finally, the experimental prototype of the red array search system is built, and the image shift compensation experiment and the omni-directional search imaging experiment are carried out, and the experimental results are analyzed. The experimental results show that the red array search system based on fast mirror motion compensation can meet the imaging requirements.
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN216

【参考文献】

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本文编号：2135225