一种动平台红外图谱关联探测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种动平台红外图谱关联探测系统，该系统包括光学头罩、宽波段光学系统、二维伺服随动系统、红外光纤、傅里叶干涉光谱模块、图谱关联探测处理模块、电源模块和显示模块；入射光从光学头罩进入，至宽波段光学系统并由分光镜分光；透射的光线经过长波成像透镜组聚焦在红外探测器上成像；反射的光线经过宽光谱透镜组聚焦于光纤耦合器，由红外光纤进入傅里叶干涉光谱模块形成干涉图，并经傅里叶变换得到光谱数据；图谱关联探测处理模块有效融合红外成像与宽波段光谱数据，利用二维伺服随动系统控制宽波段光学系统中心指向，实现在动平台条件下的目标探测、跟踪与光谱测量。本发明专利技术能有效隔离动平台对系统的扰动，具有同时对场景成像和局部区域光谱测量以及多目标跟踪光谱测量的能力，速度快，数据量适宜，应用前景广泛。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光电
，更具体地，涉及。
技术介绍
近年来，随着机载、星载等动平台快速发展，光电探测载荷的设计也迎来了新的挑战。按照电磁波谱的结构和特性，多个精细谱段信息更能全面而准确地反映目标与背景本身固有的特性。图谱关联探测设备把目标红外光谱和红外成像信息结合起来，利用目标在红外光谱谱线上的独特的光谱特征，可以大大提高目标的可探测性。该技术广泛应用于光电
，为研宄各种目标特性，进而对场景进行分类、监视与目标探测识别提供数据基础。国内外都非常重视研发此类光电探测设备。例如美国JPL实验室完成的AVIPIS系统和美国GER公司GERIS系统以及国内中科院上海技术物理研宄所研宄的PHI成像光谱仪系统等，此类成像光谱仪能提供丰富的二维空间信息及第三维光谱数据，但空间分辨率低，成像速度慢，无法对动目标红外光谱实现智能化采集，获取的高光谱数据与对象无关的信息量多，数据冗余量大，无法实现机载实时处理；AN-AAS-38A/B鹰式目标瞄准前视红外吊舱、AN/AAR-50前视红外导航吊舱等光电侦察与前视红外吊舱等通过红外图像数据采集，具备对动目标的检测跟踪能力。但是，此类设备均不具备对动目标的红外光谱探测能力，抗红外诱饵干扰能力差，对动目标的探测、跟踪采用人在回路中的途径，通讯链路易受干扰，缺乏智能化的自动目标识别功能。在相关专利中，国内专利“申请号为200910272679.9，专利技术名称为:一种图谱一体化的时变对象光谱信息获取方法与装置”和“申请号为201110430969.9，专利技术名称为一种多波段动目标光谱特征探测识别方法和装置”中采用两个镜头组合实现图谱关联的方式，设备体积大；扫描镜使得整个光路布局浪费一半的视场空间，也难以隔离运动扰动对探测的影响；平面红外窗口，视场小，不适合运动条件下的气动布局。对于动平台红外光电载荷设计，目前常用的光电设备存在以下缺点:(1)不适于动平台局部区域光谱测量；(2)不能实现多个运动目标的自动跟踪测谱；(3)不能进行目标光谱的在线处理与识别；(4)数据量大、速度慢且价格昂贵。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了，其目的在于实现动平台动目标或者局部区域的时间-空间-光谱多维综合信息测量，由此解决动平台扰动解耦、优化系统光路布局的技术问题。本专利技术提供了一种动平台红外图谱关联探测系统，包裹在防护性壳体内，包括光学头罩，宽波段光学系统，二维伺服随动系统，红外光纤，傅里叶干涉光谱模块，图谱关联探测处理模块，电源模块和显示模块；所述光学头罩与壳体黏胶连接；所述宽波段光学系统的质心与所述光学头罩的球心重合，且所述宽波段光学系统固定在所述二维伺服随动系统俯仰机构上实现二维运动；所述二维伺服随动系统的底座固定安装在壳体内部，所述二维伺服随动系统的回转中心与所述宽波段光学系统的质心轴重合；所述红外光纤分别与所述宽波段光学系统和所述傅里叶干涉光谱模块柔性连接；所述傅里叶干涉光谱模块通过弹簧固定在壳体内部；所述电源模块用于给系统供电并提供通用电源接口 ；所述显示模块镶嵌在壳体尾部外表面。更进一步地，所述光学头罩为采用eZnS材料作为基体材料，并进行加工成型、抛光以及镀膜后形成的球面结构。更进一步地，所述宽波段光学系统包括次镜、主镜、分光镜、长波透镜组、宽光谱透镜组、红外探测器和红外光纤耦合器；所述次镜和所述主镜依次同轴放置，并构成卡式镜头；所述分光镜的镜面中心与系统中心轴重合，且所述分光镜的镜面与中心轴成45°放置，所述分光镜的第一面镀制有分光膜，第二面镀有长波增透膜；所述长波透镜组位于所述分光镜的透射光路上，用于长波成像；所述宽光谱透镜组位于所述分光镜的反射光路上，用于校正宽光谱成像的位置色差和倍率色差，实现光谱能量收集；所述红外探测器设置在所述长波透镜组的尾部，所述长波透镜组的出瞳与红外探测器内部感光面重合；所述红外光纤耦合器设置在所述宽光谱透镜组后部，所述红外光纤耦合器的端面与所述宽光谱透镜组的出瞳重合。更进一步地，所述长波透镜组包括依次同轴设置的第一凹透镜、第二凹透镜、第一平凸透镜、第三凹透镜和第二平凸透镜。更进一步地，所述宽光谱透镜组包括依次同轴放置的两个凹透镜、月牙形凸透镜，随后紧挨放置两个平凸透镜。更进一步地，所述二维伺服随动系统包括方位旋变组件、方位电机、方位机构、俯仰电机、俯仰机构、俯仰旋变组件和陀螺仪；所述俯仰电机和所述俯仰旋变组件分别设置在所述俯仰机构的两侧；所述方位旋变组件和方位电机叠加放置在方位机构轴心，方位机构与其上方的俯仰机构通过机械框架耦合来控制所述宽波段光学系统，实现俯仰和方位两维运动；所述陀螺仪设置于所述宽波段光学系统下方，用于测量所述宽波段光学系统的空间绝对角速度和平台的角跟踪误差信号，并作为反馈信号实现扰动解耦和运动隔离。更进一步地，所述陀螺仪为光纤陀螺。本专利技术提供了一种上述的动平台红外图谱关联探测系统的探测方法，包括下述步骤:(I)通过红外探测对目标场景进行成像处理，并获得图像数据；(2)在所述图像数据的图像序列中提取所有疑似目标以及目标位置坐标信息；(3)根据所述所有疑似目标的位置坐标信息，依次将视场中心移动到上述目标位置来锁定目标；(4)当目标被锁定后，采集目标的红外光谱数据，并标记该目标已经被测量；(5)重复步骤(I)?(4)并开始下一个采集周期，直到所有目标的红外光谱数据均被采集。更进一步地，在所述步骤(2)中，所述疑似目标是指图像中紧密相连的若干像素点，提取感兴趣区；具体包括:(21)对图像进行增强处理；(22)对增强处理后的图像进行分割处理；(23)对分割处理后的图像进行膨胀腐蚀处理并获得所述疑似目标。更进一步地，当同时满足以下原则时，则认为目标锁定成功；其中原则(a)视场中心与目标相对位置关系稳定；原则(b)目标在视场中心5个像素范围以内。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于光学头罩采用球面结构的硫化锌，能够增大系统测量视场，减小测量死角，同时具有良好的气动布局；二维伺服随动系统控制宽波段光学系统，能够有效隔离动平台的系统扰动，实现灵活的视场切换和快速的目标跟踪；宽波段光学系统采用反射-透射结构能实现视场成像和区域光谱测量的共光路；图谱联合处理采用最优自动控制策略，能够实现系统对目标场景在时间-空间-光谱多维稀疏采样，简化数据量，最大程度实现测量价值，实现实时处理。【附图说明】图1为本专利技术实施例提供的图谱关联探测系统的模块结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的图谱关联探测系统中光学头罩透过曲线；图3为本专利技术实施例提供的图谱关联探测系统中宽波段光学系统结构示意图，其中a为三维外形结构，b为正视图，c为侧视图；图4为本专利技术实施例提供的图谱关联探测系统中二维伺服随动系统结构示意图，其中a为三维外形结构，b为左侧视图，c为右侧视图；图5为本专利技术实施例提供的图谱关联探测系统中二维伺服随动系统工作逻辑示意图；图6为本专利技术实施例提供的图谱关联探测系统中红外光纤透过曲线图7为本专利技术实施例提供的图谱关联探测系统中图谱关联信息处理模块功能示意图；图8为本专利技术实施例提供的图谱关联探测系统工作流程图；图9为本专利技术外场实验中实时测量机场指示灯及民航飞机数据结果，其中a光轴对准机场跑道滑行的民航飞本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动平台红外图谱关联探测系统，包裹在防护性壳体内，其特征在于，包括光学头罩(1)，宽波段光学系统(2)，二维伺服随动系统(3)，红外光纤(4)，傅里叶干涉光谱模块(5)，图谱关联探测处理模块(6)，电源模块(7)和显示模块(8)；所述光学头罩(1)与壳体黏胶连接；所述宽波段光学系统(2)的质心与所述光学头罩(1)的球心重合，且所述宽波段光学系统(2)固定在所述二维伺服随动系统(3)俯仰机构上实现二维运动；所述二维伺服随动系统(3)的底座固定安装在壳体内部，所述二维伺服随动系统(3)的回转中心与所述宽波段光学系统(2)的质心轴重合；所述红外光纤(4)分别与所述宽波段光学系统(2)和所述傅里叶干涉光谱模块(5)柔性连接；所述傅里叶干涉光谱模块(5)通过弹簧固定在壳体内部；所述电源模块(7)用于给系统供电并提供通用电源接口；所述显示模块(8)镶嵌在壳体尾部外表面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张天序，戴小兵，刘祥燕，费锦东，刘立，喻洪涛，姚守悝，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42