特定背景下点目标探测最优波段选择方法的研究

发布时间：2017-04-02 23:06

  本文关键词：特定背景下点目标探测最优波段选择方法的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：点目标探测的应用研究已成为国防安全领域的重要应用,在国家安全领域中发挥着不可或缺的关键作用。波段作为探测系统的重要参数对目标的探测性能具有至关重要的作用,一定程度上决定系统能否探测到目标。波段选择的不正确会导致系统的检测概率下降或者出现漏检、错检的现象。目前,国内在探测系统的波段选择上缺少系统的研究方法和统一的评价标准,很难给出最佳探测波段。针对该问题,本文采用系统仿真的研究方法,以检测概率和虚警率作为波段选择的评价标准,解决了在特定背景下点目标探测的最优波段选择问题,并提出了一种兼顾多个目标探测最优波段选择方法。系统的波段选择是为了选择出最优波段使系统的探测性能达到最优,这与目标和背景的光谱辐射特性以及系统的参数等有关。因此,本文对点目标探测的整个系统进行了建模和仿真,包括大气背景辐射数学模型、背景杂波数学模型以及整个探测系统的数学模型。针对背景杂波在系统传输过程中会受到系统非均匀性的影响,对背景杂波进行了系统修正,更符合实际情况。这部分的研究为探测性能的计算提供了重要的输入来源和理论支撑。针对波段选择的评价标准,本文建立了系统的波段选择性能评估模型,以系统的单帧检测概率和虚警率作为评价指标,并将对检测概率和虚警率的指标要求等效转化到对信号干扰比的指标要求。将系统干扰比应用于波段选择中,能有效的将信噪比和信杂比统一起来,并有利于对影响波段选择的噪声分类讨论。文章在系统的波段选择性能评估模型的研究基础上对不同目标探测的最优波段进行了选择。针对不同目标的最优波段会有偏差,本文提出了一种以备选波段集内归一化信号干扰比均值为波段选择标准的兼顾多个目标探测的最优波段选择的方法,并将该方法应用于文中的三个不同目标,最终选择出在卷云天气下最优波段是短波红外的2.73~3.13um以及中波红外的4.188~4.488um。由于系统对特定目标的探测性能会受到仪器参数的影响,本文从系统的角度上对所选波段处系统的分辨率和背景杂散光进行了计算并提出了指标要求。论文的研究为探测系统实际工程设计提供了指导性意义,所选出的波段有望用于实际探测系统中。但由于研究方法仍属于理论研究范畴,离工程化仍存在较大距离,需要用大量实验进行验证。
【关键词】：点目标探测 背景杂波 最优波段选择 检测概率 信号干扰比
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(上海技术物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN215
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 1 引言10-26
• 1.1 研究背景和意义10-11
• 1.2 国内外航天遥感探测系统波段选择及方法研究进展11-20
• 1.2.1 国内外遥感探测系统探测波段11-15
• 1.2.2 国内外点目标探测波段选择方法15-20
• 1.3 国内外天基红外仿真技术研究现状20-24
• 1.4 论文研究的主要内容和创新点24-26
• 1.4.1 论文研究的主要内容和章节安排24-25
• 1.4.2 论文特色和创新点25-26
• 2 目标和背景辐射特性及背景杂波建模仿真分析26-52
• 2.1 导弹目标辐射特性26-30
• 2.2 背景辐射特性研究及模型建立和仿真分析30-38
• 2.2.1 大气辐射传输理论30-35
• 2.2.2 基于MODTRAN数据库的大气辐射传输计算模型35-38
• 2.3 背景杂波数学模型建立及仿真分析38-49
• 2.3.1 背景杂波模型38-44
• 2.3.2 背景杂波随波段变化仿真结果及分析44-47
• 2.3.3 不同地表背景杂波仿真结果分析47-49
• 2.4 本章小结49-52
• 3 探测系统建模分析52-78
• 3.1 探测系统各子模块模型52-59
• 3.1.1 光学系统模型53-56
• 3.1.2 探测器模型56-58
• 3.1.3 调理电路模型58-59
• 3.1.4 A/D转换电路模型59
• 3.2 系统噪声模型59-72
• 3.2.1 噪声的统计特性59-60
• 3.2.2 光学系统辐射非均匀性60-61
• 3.2.3 探测器噪声61-68
• 3.2.4 调理电路噪声和A/D量化噪声68-70
• 3.2.5 背景辐射杂散光模型70-71
• 3.2.6 系统总噪声71-72
• 3.3 系统性能参数分析72-77
• 3.3.1 空间分辨率72-74
• 3.3.2 系统灵敏度74-75
• 3.3.3 动态范围75-77
• 3.4 本章小结77-78
• 4 波段选择评估指标分析78-100
• 4.1 探测系统性能评价指标分析78-80
• 4.1.1 检测概率和虚警率模型78-80
• 4.2 信号干扰比分析80-82
• 4.3 系统信噪比模型82-89
• 4.3.1 信号模型分析82-85
• 4.3.2 信噪比模型及仿真结果分析85-86
• 4.3.3 仿真结果及分析86-89
• 4.4 系统信杂比模型89-98
• 4.4.1 信杂比定义89-90
• 4.4.2 探测系统对背景杂波的修正及仿真结果分析90-96
• 4.4.3 信杂比模型及仿真结果分析96-98
• 4.5 信号干扰比仿真结果98-99
• 4.6 检测概率和虚警率仿真结果及分析99
• 4.7 本章小结99-100
• 5 天基红外探测系统波段选择分析100-140
• 5.1 单个目标波段选择分析100-127
• 5.1.1 波段选择方法100-101
• 5.1.2 对单个目标的波段选择分析101-127
• 5.2 多个目标波段选择分析127-130
• 5.2.1 多个目标波段选择方法127-128
• 5.2.2 对多个目标的波段选择仿真分析128-130
• 5.3 系统分辨率对波段选择的影响130-134
• 5.4 所选波段对背景杂散光的要求134-137
• 5.4.1 检测概率对杂散光的要求134-136
• 5.4.2 系统动态范围对杂散光的要求136-137
• 5.4.3 综合考虑检测概率和动态范围对系统杂散光的要求137
• 5.5 本章小结137-140
• 6 总结和展望140-144
• 6.1 总结140-142
• 6.2 展望142-144
• 参考文献144-150
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果150

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 李雅男;孙晓兵;乔延利;;空间目标探测与识别的波段选择[J];光学学报;2009年01期

2 范伟;王毅;饶瑞中;;根据表面反射特性进行目标探测的波段选择[J];光子学报;2006年05期

3 朱振福，，黄培康;战术弹道导弹红外辐射特性与反导最佳波段选择[J];系统工程与电子技术;1996年01期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 钱惟贤;复杂背景下红外小目标探测与跟踪若干关键技术研究[D];南京理工大学;2010年

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本文编号：283288