第33卷，第1期 2013年1月
光谱学与光谱
分析
Spectroscopy and Spectral Analysis
基于红外光谱分析的小温差物体距离估计
付小宁，王洁，杨
琳
西安电子科技大学机电工程学院，陕西西安710071
Vol. 33, No. 1, pp51-54 January，2013
摘要基于辐射传输特性的目标距离估计作为一项典型的被动测距技术，是目前光电对抗领域的一个研究热点。在测距过程中无需向外界发射能量，使得这种探测方式极大地增强了导弹或无人机的隐身能力和突防能力。针对现有被动测距系统不适用于对迎面面来目标物体实施被动距离估计的不足，提出了一种改进的小温差目标距离估计方法。在引人了信号传递函数概念的基础上，明确了当前算法的工作曲线，指出这种方法的非线性会导致目标距离估值不唯一的风险。本文应用非线性校正技术，构造了新的距离估计算法。得到了一个利用3～5和8～12um双波段红外传感信息，目标背景温度和气象条件的测距公式。研究表明，当目标与背景表观温差等于5K、而背景温度估计偏差不超过土5K时，目标距离估计误差可控制在10%左右。
关键词被动测距；光谱分析；红外；双波段；光谱吸收
中图分类号：TP73
引言
文献标识码：A
DOI: 10. 3964/j.issn. 1000-0593(2013)01-0051-04
善。然而，上述这些测量方法要求在目标后方或侧后方对其进行观测，不适用于预警或其他正面迎击武器系统。
随着光电对抗技术的迅速发展及其在现代战争中的广泛使用，作战双方对武器系统的隐敲性要求越来越高。无人机载或弹载红外操测系统因其工作在被动工作方式，不向外界辐射能量，极大地增强了隐身能力和突防能力，成为目前研究的热点之一。但由于其没有距离测量功能，使得各种先进的制导律无法应用，降低了其制导精度，限制了其发展。因此被动测距技术成为光电对抗系统的关键技术之一[，而基于目标辐射传输特性的被动测距成为有关研究的主攻方向。这是因为自标辐射的传输衰减是辐射信号的行程即自标到操测器距离的函数。基于大气的光谱传输特性，文献2提出了一种通过分析助推段战区导弹发射时2m附近两个窄带 CO光谱，实现单目被动测距的方法，并在1998年一1999 年间，由美国KTAADN公司和弹道防御机构一起进行了实验验证，误差不超过15%。文献[3]则建立了涡轮发动机燃烧时，762及690nm处O,峰的光谱信噪比与涡轮发动机距离的经验函数。通过测量飞机发动机尾焰中的氧气吸收光谱，根据吸收谱的信噪比来估计目标的距离。早期的测距范围是2.8km，后来发展达到11km[4]，文献[5]指出，如果采用高信噪比处理增益的IRFT(infraredFouriertransform）代替文献[2]的窄带滤波方法，可以获得测量信号信噪比的改
收稿日期：2012-06-05，修订日期：2012-09-03
1目标的双波段红外辐射
在基于红外辑射的检测中，人们重点关注的是目标辐射和背景辐射的差异，即信背差。对电压输出型传感器，有(6)
Gf'R()Ma.T)-Ma.T).
V
4F* (1 + Mopts)
Aatopie (a) Trm (a)da
(1)
式中；G为系统增益；入；和入分别为系统响应的波长限；R 为光电探测器响应函数，对多数光导型探测器，Ra(a）αc入； M入，T）和M（，T）分别表示目标与背景的辐射出射度；Ag为探测器感光面积；ropia(a）为光学系统的单色透过率；Tma）为大气单色透过率；F为光学系统的F数；Mgtia 为成像系统的像距与物距之比。
当△T=T一T较小时，目标被称作小温差目标。小温差目标与背景的温差不是绝对的，对于近距离上的小物体，如儿百米处的一根电线，△T为0.1K量级：对远距离上的大物体，如数公里处的一个小汽车，△T大至1K时仍可视为小温差目标["]。
应用泰勒展开式对式(1)做线性近似，有
AV&G
基金项目：国家自然科学基金项目（60872136，61107007，61173088)资助
作奢简介：付小宁，1964年生，西安电子科技大学机电工程学院副教授万方数据
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