某熱像觀瞄具電路改進設計

劉寶剛，李常成，莫啟元

(總裝重慶軍代局駐昆明地區軍代室，昆明 650223)

某熱像觀瞄具采用大面陣凝視型熱成像技術，能進行大、中、小3 個視場的調節，主要用于夜間或白天不良氣象條件下對地面目標進行搜索、觀察和瞄準，并具備夜間巡航能力。在研制初期，該熱像觀瞄具暴露出圖像質量差，個別性能指標水平低的問題，一定程度上影響了其使用。經對原設計光、機、電各組成部分的初步分析后認為，光、機設計比較成熟，處于國內先進水平，所選用的探測器也是國際上較先進的，而處理電路設計尚有潛力可挖。再對初期掛飛試驗出現的故障進行全面分析，認為確實屬主處理電路設計問題。于是，建議承研企業進行技術攻關，改進電路設計，以提高圖像質量，更好地滿足技術指標和作戰使用要求。

1 攻關目標及可行性分析

1.1 目標

經過系統分析，確定的攻關目標為:通過電路改進設計，使整機的NETD、MRTD 有所提高，圖像質量明顯改善，增加作用距離1 000 m;最大限度地體現320 ×256 探測器的技術水平，而且能夠兼容384 ×288 探測器，以提高其后續競爭力;降低成本，提高經濟效益。

1.2 可行性分析

首先，技術上是可行的。由于對原電路的設計缺陷有比較深刻的認識，認為是電路處理軟、硬件方面考慮不夠周全，采用處理方法不夠新穎，處理手段較為落后，硬件資源不夠充分等。另外，項目組骨干成員掌握著先進的圖像處理電路設計技術，并一直從事凝視焦平面電路的設計與研究，經驗豐富，曾獲得過多次國防科學技術進步獎及國防專利。這是1 支作風硬、技術精的人才隊伍，能勝任本次電路改進設計任務。承研企業現有科研檢測、試驗設備和相關物質條件均能保證本項目的攻關需求。其設計選用的電子元器件可靠、供應鏈穩定，品質能夠得到保證。

其次，經濟上是合算的。初始樣機選用的電子組件(含320×256 探測器)，是從國內廠商購買的，價格為60 萬元，對方出于對技術上的保密，裝配過程中派有專人調試，故其產品出現故障時應急處理困難，即使是其他生產項目使用該電子組件，也是如此，進度往往受到影響。如果對該電路改進設計成功，使用自行設計的電路，成本、價格均會降低，而且還會打破技術壁壘。

再次，環境、條件是有利的。武器裝備采購競爭機制的引入是大環境，這一客觀需求促使軍工企業必須提高產品質量，從而提高其競爭力。該項目就是軍方采用招標競爭的例證之一。加之，原采購電路存在的缺陷，正好提供了改進設計空間。最后，本次技術攻關得到了相關方的大力支持和協作保證。

2 故障原因分析

1)圖像發白。原設計沒有自動增益調整功能，在目標信號較強時圖像容易出現細節丟失問題。

2)大視場情況下存在“陰陽臉”問題。由于地表紅外輻射遠高于天空紅外輻照度，原設計未考慮該問題，同時不具備自動增益功能，因此大視場工作情況下觀察地平線時會出現上部全黑下部全白的問題。

3)細節不清晰，圖像灰暗無層次。原設計的細節增強功能較弱，在信號較弱的條件下增強效果不明顯，且圖像灰暗。

4)圖像不均勻，有較淡的光暈感，在一定情況下影響觀感。原設計不能夠對無法避免的雜散光進行補償，因此表現出光暈現象。

5)目標在視場內移動過程中存在鋸齒狀變形，嚴重影響跟蹤精度和跟蹤穩定性。原設計插值算法比較簡單，屬于簡單的鄰域替換型插值算法，因此插值后的圖像存在鋸齒狀變形。

6)觀察高速運動物體有跳躍感。原設計由于硬件資源限制等原因，僅僅具備較低的25 Hz 幀頻，跟蹤延遲過長，跟蹤帶寬無法提高。

3 改進對策及實施

根據上述從系統到具體故障的分析，確定了總體改進方案，包括對上述處理電路設計缺陷進行針對性改進設計，從根本上提高圖像質量;兼容384 ×288 探測器，擴展技術空間，以提高該熱像觀瞄具的后續競爭力;將處理電路組件、通訊組件和電源板集成一體，以提高可靠性。具體對策見表1。

4 效果驗證及結論

改進電路后整機(系統)的性能、可靠性和圖像質量得到明顯改善，將320 ×256 凝視型熱成像技術發揮到極致。

軍企雙方進行的驗證試驗和總體鑒定試驗后表明，其改進設計達到了預期目標。具體結果見表2。

表1 改進對策

表2 結果驗證

5 結束語

通過本次技術攻關，不僅解決了總體掛飛試驗因圖像質量不佳導致的一系列問題，而且使熱像觀瞄具性能指標有了明顯改善，完全滿足設計技術要求和作戰使用要求，使320 ×256 探測器達到了競爭對手采用384 ×288 探測器所達到的性能指標，而且每套電路(含探測器)降低成本超過25 萬元，大大提高了產品的競爭優勢和利潤，全面實現了攻關預期。

［1］王真勝，馬颯颯，宋偉. 紅外熱像儀外場性能測試系統［J］.兵工自動化，2011(11):63-67.