多波段目標特性同步測試技術

閆 煒, 李 崗, 李 偉

（機電動態控制重點實驗室,陜西 西安 710065）

多波段目標特性同步測試技術

閆 煒, 李 崗, 李 偉

（機電動態控制重點實驗室,陜西 西安 710065）

針對目前國內缺乏對地面目標進行多波段同步測試的技術手段,設計一種能對地面目標進行多波段同步測試分析的系統。系統由測試和分析模塊構成。該測試分析系統利用光電自動跟蹤轉臺完成對地面目標相同狀態下多波段信息及位標信息的采集,通過后期數據分析處理得到以位標作為基準的目標特性的多波段信息。測試表明：該測試系統對地面目標的多波段同步測試,改變了傳統手段離散性大、同步性不高的技術現狀,為地面目標近場特性的測試研究提供了新的技術手段。

目標特性；同步測試；多波段

0 引言

現代戰爭中,面對敵方全方位、多層次、多頻段、多手段的光電偵察,使用光電復合隱身降低目標特征,已經成為提高目標戰場生存能力的重要方法和手段,因而針對目標的多波段目標特性同步測試具有重要的意義。國內現有的目標特性測試多是針對單一紅外輻射特性［1-2］、毫米波散射特性的測試研究［3］,暫無對地面目標進行多波段同步測試的研究。

本文設計了一種基于光電自動跟蹤轉臺的多波段測試系統,同步測試采集地面目標相同狀態下多波段信息及位標信息,通過后期數據分析處理,得到以位標作為基準的目標環境特性多波段信息,實現對地面目標的多波段目標特性同步測試。

1 多波段目標特性同步測試基礎

1.1 硬件基礎

（1）光電自動跟蹤轉臺

光電自動跟蹤轉臺是集光、機、電與計算機應用于一體的復雜系統,是靶場測量設備、光電跟蹤測量設備、天文觀測設備、航空航天領域、激光通訊設備、光電捕獲跟蹤與瞄準設備等不可缺少的關鍵硬件系統［4］。

多波段目標特性同步測試系統將各探測設備集成到光電自動跟蹤轉臺上,精密跟蹤系統鎖定目標后,控制系統發出驅動控制指令,驅動各探測與采集系統工作,并采集、記錄各子系統傳送回來的測試信息。

（2）GPS/B碼時統終端

時間統一系統是通信系統的一個分系統,它主要完成的功能是通過時間中心站的原子鐘形成高精度時間信號和高穩定度的頻率信號,進而時間中心站把這兩種信號即時間信息、同步信息加上時統中心站的地址信息、時延信息以特定方式調制的國際標準IRIG/B格式時間碼（簡稱B碼）形式送給各種測量設備終端作為整個測量系統的標準時基信號,因此它已成為影響測量結果精度的重要因素之一［5］。

GPS/B碼時統終端是以GPS信息和IRIG/ B碼信息為基準時間的一種時統終端。其特點是速率適中、編碼信息量豐富、通用規范及使用靈活方便。

GPS/B碼終端由GPS接收機和解調/產生器等組成,可接收GPS和標準B碼時統信號,給出絕對時間碼,產生設備所需的各種同步信號。

1.2 測試原理

（1）線性插值

Linear線性插值是把各中間點,按照與自變量的線性關系,均勻分布,用直線一次將所得的數據樣本點連接起來,形成折線,如果遇到非數時則避開不做任何連接處理。

最簡單的插值問題是已知兩點［x0,f（x0）］及［x1,f（x1）］,通過此兩點的插值多項式是一條直線,即兩點式可表示為

顯然L1（x0）=f（x0）,L1（x1）=f（x1）,滿足插值條件,所以L1（x1）就是線性插值。

（2）目標雷達散射截面（RCS）計算

毫米波雷達目標散射特性研究［6］,主要測量的特征量是目標的雷達散射截面（RCS）,它采用相對標定法來測量目標RCS,即在所有狀態完全相同的情況下,將待測目標和已知精度RCS值的定標體輪換置于同一距離上,當測量雷達的威力系數相同時,分別測量得到接收功率Pr與Pr0,則

式中：Pr為待測目標接收到散射功率；Pr0為定標體接收到散射功率下標；σ0表示定標體的RCS值。將其換算為分貝數：σ=10lg（RCS）dB·m2。

（3）目標和背景灰度均值計算

光學波段的目標特性可以研究圖像數據的亮度特征,目標與背景亮度特征的提取可通過統計圖像的灰度直方圖來提取［7］。目標和背景灰度均值計算如下可表示為

式中：g0表示當前幀的目標灰度值；f（x,y）表示當前幀的圖像灰度值分布函數表示當前幀的目標灰度均值表示當前幀的背景灰度均值；M×N表示當前幀的圖像大小為M×N像素；H表示當前幀的目標像素個數。

2 多波段目標特性同步測試技術

2.1 測試分析系統構成

多波段目標特性同步測試系統由紅外熱像系統、毫米波雷達系統、可見光電視系統、精密跟蹤架、激光測距系統、計算機控制與采集系統、GPS/ B碼時統終端、伺服系統、操作控制臺等組成。系統具體組成,如圖1所示。

可見光電視系統采集目標與背景的視頻信號,通過圖像處理算法,給出目標在視場中的位置,進而把目標的位置信息傳送給主控系統。主控系統根據可見光電視系統提供的目標位置信息,經過角度合成和預測,驅動控制精密跟蹤架,使目標穩定地處于視場中心；同時精密跟蹤架將實時的角度位置信息傳給主控系統以調整、控制和記錄。

圖1 測試系統組成示意圖

在精密跟蹤架鎖定目標后,主控系統通過GPS/B碼時統終端給出高精度時間信號和高穩定度的頻率信號,驅動激光測距系統、紅外熱像系統、毫米波雷達系統、可見光電視系統采集記錄系統傳送回來的測試數據。測量前要校準激光測距系統光軸、紅外熱像系統光軸、毫米波雷達系統光軸、可見光電視系統光軸,嚴格保證光學同軸。

多波段目標特性分析系統分為插值計算和數據處理兩大模塊：

a）插值計算模塊通過對距離數據進行線性插值處理,使可見光圖像、紅外圖像、目標反射功率數據的幀頻能一一對應距離數據,解決集成于光電自動跟蹤轉臺上探測設備采樣頻率不一致的問題；

b）數據處理模塊通過圖像處理分析可見光和紅外圖像數據,獲得可見光、紅外波段目標與背景的灰度均值,通過數值計算獲得毫米波波段的RCS值。

2.2 多波段目標特性同步測試

多波段目標特性同步測試分析的流程,如圖2所示。

測試流程主要分為以下幾步：

a）CCD像機系統采集目標與背景的視頻信號,通過圖像處理算法,給出目標在視場中的位置,進而把目標的位置信息傳送給主控系統；

圖2 多波段目標特性同步測試流程示意圖

b）主控系統根據電視跟蹤系統提供的目標位置信息,經過角度合成和預測,驅動控制二維跟蹤轉臺系統,使目標穩定地處于視場中心,同時二維轉臺系統將實時的角度位置信息傳給主控系統以調整、控制和記錄；

c）在二維轉臺系統鎖定目標后,主控系統發出驅動控制指令,驅動各探測系統工作,并采集、記錄各系統傳送回來的測試數據；

d）調用采集的可見光、紅外、毫米波波段數據和激光測距數據,并對其進行選取；

e）利用插值處理軟件對測距數據進行線性插值運算處理,使可見光圖像、紅外圖像、目標反射功率數據的幀頻能一一對應距離數據；

f）對可見光、紅外波段的圖像數據進行目標/背景區提取,計算兩者灰度平均值,對毫米波波段數據處理,計算目標的雷達散射截面（RCS）。

3 多波段目標特性同步測試結果

利用多波段目標特性同步測試分析系統對坦克目標進行可將光、8μm～14μm紅外、8 mm波段特征同步測試。測試現場布局如圖3所示。

圖3 測試現場布局示意圖

本次試驗所用CCD像機和熱像儀采集的幀頻圖像大小為320×240像素,灰度取值范圍為0～255。圖4為在同一位置的坦克紅外熱圖和可見光圖像。

圖4 紅外和可見光圖像

試驗在側向測試點采集了10組坦克的測試數據,經計算得到如表1所示的結果。

表1 多波段目標特性測試數據表

由上述測試結果分析可以看出,多波段目標特性同步測試分析系統中的GPS/B碼時統終端對多波段數據的同步采集,及后期數據分析處理得到的以位標作為基準的多波段信息,實現了對地面目標的多波段目標特性同步測試。

4 結論

本文設計了一種利用光電自動跟蹤轉臺,同步測試采集相同狀態下目標多波段信息及位標信息,通過后期數據分析處理,得到以位標作為基準的目標環境特性的多波段信息系統,實現對地面目標的多波段目標特性同步測試。系統由測試和分析模塊構成。通過對坦克目標多波段同步測試證明：本系統可實現對地面目標的多波段同步測試,改變了傳統手段離散性大、同步性不高的技術現狀,為地面目標/背景近場特性的測試研究提供了新的技術手段。

［1］王建霞.目標的紅外特性組合測試［J］.紅外與激光工程,2008,37：543-546.

［2］趙強.目標在復雜背景中的紅外成像特性研究［J］.制導與引信,2005,26（3）：15-18.

［3］王明波,劉穎.復雜環境下的目標特性測量方法研究［J］.紅外,2013,34（6）：29-33.

［4］黃立新.機動式光電跟蹤轉臺小型化設計與可靠性研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工程大學,2008.

［5］馬紅皎,胡永輝.GPS&IRIG-B碼時間系統分析［J］.電子科技,2005,190（7）：21-25.

［6］黃培康,殷紅成,許小劍.雷達目標特性［M］.北京：電子工業出版社,2005.

［7］宣益民,韓玉閣.地面目標與背景的紅外特征［M］.北京：國防工業出版社,2004.

Synchronous Test Technology of Multiband Target Characteristic

YAN Wei, LI Gang, LI Wei
（Science and Technology on Electromechanical Dynamic Control Laboratory,Xi'an Shaanxi 710065,China）

Aiming at the absent of multiband synchronous test technology for ground target at home,a multiband synchronous test and analysis system for ground target was designed.The system consists of test and analysis module.The test and analysis system uses photo-electricity tracking turntable to gather information about ground target under the same state multiband information and standard information.The multi wave signal target characteristics is obtained to a standard reference in the period of data analysis and processing.Testing results showed that the multiband of the test system for ground target synchronous test changed the present situation of traditional methods such as great discreteness and low synchronization,provided a new technique for ground target characteristic of near-field test.

target characteristic；synchronous；multiband

O436.2

A

1671-0576（2014）01-0028-04

2013-08-30

閆 煒（1970-）,女,碩士,主要從事目標近場電磁、激光散射特性技術研究。