红外面阵搜索系统快速扫描成像像移补偿技术研究与实现

发布时间：2020-09-23 08:14

　　 与当前线列探测系统相比,红外面阵搜索系统具有探测能力强、扫描效率高等特点,是红外领域研究的热点之一。但是由于在探测积分时间内成像景物相对探测靶面是运动的,面阵扫描成像不可避免的会带来图像质量退化问题,本文针对面阵扫描成像图像退化问题,开展了图像质量退化机理分析、像移补偿方案比较、高频率大摆角快速反射镜伺服控制策略研究、像移补偿效果评估等方面的研究工作。主要研究内容包括:1对红外面阵扫描探测进行机理分析,基于动态光学理论推导出红外面阵扫描图像像移方程以及动基座下俯仰指向视轴稳定方程,从理论上分析了二维搜索下红外面阵扫描成像的图像像移、视场旋转、补偿速率变化等问题。分析出补偿系统的带宽、位置准确度、速度准确度,为具体方案的实施提供了理论依据和设计指导,深入研究了红外面阵搜索系统的像移补偿方案,提出了一种基于快速反射镜的像移补偿方法。2提出一种实时视轴跟踪的IRST(红外搜索跟踪)系统像移补偿控制技术,达到了方位搜索转台与补偿反射镜的快速匹配效果,实现了红外面阵搜索系统在一定俯仰角度下方位搜索转台变速运动下高质量的像移补偿,快速反射镜伺服系统抗扰动能力与控制带宽得到了显著的提高。采用高精度测速算法实现对方位搜索转台速率的实时测量,采用SIMULINK构建了振镜控制模型,对伺服系统电流环、速度环以及位置环的带宽、阶跃响应、抗干扰能力等性能进行了仿真分析。仿真和实验结果证明了采用该方法能够有效的实现提升振镜控制系统的带宽,实现快速面阵扫描的高质量成像。3设计并实现了一套具有像移补偿功能的红外面阵连续扫描探测系统,采用像方扫描像移补偿技术,实现了红外面阵连续扫描成像。研究了补偿伺服系统的设计,包括关键元部件的选型、伺服系统软硬件实现。搭建了红外面阵搜索系统的实验样机,实现了快速面阵扫描成像的像移补偿。4设计了像移补偿效果验证方案,搭建红外面阵搜索系统的像移补偿测试平台。采用实验室靶标对红外面阵搜索系统的MTF(调制传递函数)进行测试,对像移补偿效果进行评估。开展了系统外场全景搜索成像实验,对快速面阵扫描成像的像移补偿做了定性和定量评价,提出了采用倾斜刃边法测量红外面阵搜索系统的调制传递函数,分析出红外面阵搜索系统成像质量的定量性指标。分别测量了未补偿、补偿后以及无像移图像的最小可分辨温差和调制传递函数,从而证明了采用振镜的反扫补偿方案可以有效实现对快速面阵扫描成像的像移补偿要求,成像效果接近凝视型。本论文的研究工作表明:连续扫描凝视补偿方式能够很好的实现对快速面阵扫描成像的像移补偿功能,极大的缩短了帧与帧之间的稳定时间,充分发挥了面阵探测器高帧频的优势,提升了系统的帧频,大幅提升扫描效率。实时视轴跟踪的IRST系统像移补偿控制技术能够有效的提升振镜的控制性能,达到了振镜与方位搜索转台变速运动下二者的快速匹配,同时像移残差小于1/3个像元,从而实现红外面阵搜索系统的高质量像移补偿。
【学位单位】：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
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN215;TP391.41
【部分图文】：

图 1.1 Artemis IRST 结构Figure 1.1 Artemis IRST structureSIRUS）是远程红外警戒和跟踪系统，可索能力。系统采用线列扫描型方案，对超音方位 360°，仰角覆盖 3.8°监测，扫描速用高性能制冷性中、长波红外探测器，工×10，300×8 单元；系统采用斯特林制冷原

ArtemisIRST结构

Spynel系统

【参考文献】

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本文编号：2825070