一种天基探测与跟踪红外动态飞行目标的方法技术

本发明专利技术的目的是提供一种天基探测与跟踪红外动态飞行目标的方法，它能够满足对低频动态辐射源目标的定位要求，确保对目标的动态捕捉、跟踪。包括如下步骤：步骤S1：目标红外特性计算；步骤S2：选择探测模式；步骤S3：确定探测谱段；步骤S4：分析与确定需要获得的图像信噪比；步骤S5：确定天基红外探测载荷指标；步骤S6：目标运动态势积累与跟踪。其有益效果在于：运用特征描述、载荷选配、频谱筛选以及目标运动的数据累积等形成了一套方法可有效提高对目标的探测能力。

【技术实现步骤摘要】
一种天基探测与跟踪红外动态飞行目标的方法
本专利技术属于一种探测空中红外低辐射源目标的方法，特别涉及一种天基探测与跟踪红外动态飞行目标的方法，尤其适用于红外体制探测空中飞行器与目标运动态势积累精确探测与跟踪空中动态红外辐射源目标。
技术介绍
当前国外已形成较为完备的天地一体预警系统，具备一定的对空中目标探测能力。特别是美国最新的天基红外低辐射源目标系统，系统包括天基与地基两部分，天基主要由SBIRS高轨红外导弹探测预警系统以及未来的中低轨红外系统构成，地基主要由部署在全球各地及海面的预警雷达来实现。美国陆/海基空中目标预警系统主要应用于确定来袭飞机、导弹的威胁以及为拦截弹提供相应的飞行弹道数据，与天基系统协同工作，实现全球探测。当前系统主要包括预警雷达和跟踪制导雷达两种装备，探测波段覆盖X、L、P等波段，具备北纬30°以北大部分地区多层反导能力。美国构建的“空间跟踪与监视系统”(STSS，SpaceTrackandSurveillanceSystem)，可以在导弹的全程飞行中提供端对端的红外跟踪。每颗卫星搭载2种探测器，一种是捕获探测器，它是一种宽视野扫描短波红外探测器，可用来观测助推阶段的导弹尾焰。一旦搜索探测器锁定了一个目标，信息将传送给另一种探测器——跟踪探测器。后者是一种窄视野、高精度凝视型多光谱段(中波、中长波、长波红外及可见光)探测器，它能锁定一个目标并对整个弹道中段和再入阶段的目标进行跟踪。捕获探测器用以搜索、探测并跟踪处于助推段的导弹。跟踪传感器接收来自捕获传感器的信息并以更高的精度对处于中段和再入段的导弹继续跟踪。星上及地面的处理系统将预测出最终的导弹弹道以及弹头的落点。该数据被传输给导弹部队，用于拦截来袭的导弹或弹头。上述系统的设计目标具有较明显红外特征的导弹，而对大气层飞行的战斗机、运输机、预警机和反潜机等的探测能力却十分有限。究其原因主要有三个方面：一是在探测体制方面，用于探测的相机主要是线阵扫描、小面阵相机，还缺乏大面阵凝视相机，因而难以跟踪与捕捉飞机目标。二是在探测谱段方面，目前相机谱段由双色红外波段(2.7μm和4.3μm)探测，对红外特征不是很明显的大气层的飞机探测能力有限，需要逐步向中波、长波红外和可见光多谱段综合探测方向发展。三是在应用能力方面，天基系统平台对目标的跟踪交接能力、武器铰联能力、低空战术目标探测能力还不成熟，当目标红外特征不太明显、速度较快，特别是在复杂战场环境、复杂气象条件下和大量背景目标特性数据的情况下，还难以区别与跟踪动态的目标。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种天基探测与跟踪红外动态飞行目标的方法，它能够满足对低频动态辐射源目标的定位要求，确保对目标的动态捕捉、跟踪。本专利技术的技术方案如下：一种天基探测与跟踪红外动态飞行目标的方法，包括如下步骤：步骤S1：目标红外特性计算；步骤S2：选择探测模式；步骤S3：确定探测谱段；步骤S4：分析与确定需要获得的图像信噪比；步骤S5：确定天基红外探测载荷指标；步骤S6：目标运动态势积累与跟踪。所述的步骤S1包括，目标红外特性包括目标反射的太阳辐射能量、目标反射地球的辐射能量及目标自身的辐射能量；其中，根据目标的空间位置和姿态，光照条件，外热源辐照角稀疏、结合目标内部热源计算目标瞬态温度场，利用黑体目标发射特性计算目标自身的辐射能量；在目标的双向反射分布函数缺省状态下，利用郎伯反射模型计算目标反射特性，计算目标表面的反射率，并计算目标反射的太阳辐射能量和目标反射地球的辐射能量。所述的步骤S2包括，当卫星、目标、地表处于同一直线时采用对地探测，影响探测的环境因素包括：来自大地和大气垂直向上产生的辐射；大气垂直方向的透过率；当卫星、目标、地表不在一条直线时，采用临边探测，影响探测的环境因素包括：大气沿地表切线方向产生的辐射；大气沿地表切线方向的透过率。所述的步骤S4包括，步骤S41：图像信噪比的约束在单帧检测中，将热红外点目标探测系统视为窄带系统，根据二元信号检测理论，虚警率Pf与探测概率Pd之间满足以下关系其中，erfc为互补误差函数，SNRT表示图像信噪比；在多帧检测中，使用M选N准则的多帧检测概率如下：其中，pi是第i帧检测时目标落入关联波门的概率，在仿真中pi数值取1，CMi为系数，Pd(1)是第一帧的探测概率；M选N准则的多帧虚警率的表达式如下：其中是单个检测单元的多帧虚警率，NP为帧数，其表达式如下：其中，为单帧过门限率，可等价为单帧虚警率，S是关联波门内的象元个数；根据星目相对运动速度ν、探测距离L、仪器焦距F、象元尺寸Ad、探测频率f确定关联波门的象元数S；并结合检测判据约束，计算不同图像信噪比要求的条件下，目标检测概率和虚警率之间的关系；步骤S42：确定需要获得的图像信噪比计算图像信噪比SNRT，式中，a1为能量集中度，a2(s)为跨像元影响，as为扫描损失，JT为目标辐射强度；图像信噪比可表示为：σc为背景抑制残差标准差，给定SNRT时，由上式可得等效噪声辐射强度Jn为：进一步可得统计相机信噪比与图像信噪比的换算关系为：得到峰值相机信噪比与相机信噪比的换算关系为：所述的步骤S4包括，峰值相机信噪比与各相关参量之间的关系如下：式中，SNRmax为峰值相机信噪比，JT为目标辐射强度，τa为大气透过率，τ0为光学系统透过率，δ为载荷信号过程因子，D为相机入瞳直径(数值越高、系统性能越好)，Δf为探测器带宽。本专利技术的有益效果在于：由于天基探测体系存在的短板，现在探测载荷对特征不明显、信号存在时间较短的红外信号目标探测能力不足，且天基系统平台对目标的跟踪交接能力、系统铰联能力、低空战术目标探测能力还不成熟，尤其是在复杂战场环境和大量背景目标特性数据的情况下，还难以区别与跟踪目标。本专利技术在探测目标特性分析建模的基础上，提出了一种针对空中动态红外目标的探测方法，运用特征描述、载荷选配、频谱筛选以及目标运动的数据累积等形成了一套方法可有效提高对目标的探测能力。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术以被动导引头解算方法为基础，提供了一种天基探测与跟踪红外动态飞行目标的方法，包括如下步骤：步骤S1：目标红外特性计算目标红外特性包括目标反射的太阳辐射能量、目标反射地球的辐射能量及目标自身的辐射能量。其中，根据目标的空间位置和姿态，光照条件，外热源辐照角稀疏、结合目标内部热源计算目标瞬态温度场，利用黑体目标发射特性计算目标自身的辐射能量。在目标的双向反射分布函数(BRDF)缺省状态下，以郎伯反射模型计算目标反射特性，计算目标表面的反射率，并计算目标反射的太阳辐射能量和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天基探测与跟踪红外动态飞行目标的方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤S1：目标红外特性计算；/n步骤S2：选择探测模式；/n步骤S3：确定探测谱段；/n步骤S4：分析与确定需要获得的图像信噪比；/n步骤S5：确定天基红外探测载荷指标；/n步骤S6：目标运动态势积累与跟踪。/n

【技术特征摘要】
1.一种天基探测与跟踪红外动态飞行目标的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：目标红外特性计算；
步骤S2：选择探测模式；
步骤S3：确定探测谱段；
步骤S4：分析与确定需要获得的图像信噪比；
步骤S5：确定天基红外探测载荷指标；
步骤S6：目标运动态势积累与跟踪。


2.如权利要求1所述的一种天基探测与跟踪红外动态飞行目标的方法，其特征在于：所述的步骤S1包括，目标红外特性包括目标反射的太阳辐射能量、目标反射地球的辐射能量及目标自身的辐射能量；
其中，根据目标的空间位置和姿态，光照条件，外热源辐照角稀疏、结合目标内部热源计算目标瞬态温度场，利用黑体目标发射特性计算目标自身的辐射能量；
在目标的双向反射分布函数缺省状态下，利用郎伯反射模型计算目标反射特性，计算目标表面的反射率，并计算目标反射的太阳辐射能量和目标反射地球的辐射能量。


3.如权利要求1所述的一种天基探测与跟踪红外动态飞行目标的方法，其特征在于：所述的步骤S2包括，
当卫星、目标、地表处于同一直线时采用对地探测，影响探测的环境因素包括：来自大地和大气垂直向上产生的辐射；大气垂直方向的透过率；
当卫星、目标、地表不在一条直线时，采用临边探测，影响探测的环境因素包括：大气沿地表切线方向产生的辐射；大气沿地表切线方向的透过率。


4.如权利要求1所述的一种天基探测与跟踪红外动态飞行目标的方法，其特征在于：所述的步骤S4包括，
步骤S41：图像信噪比的约束
在单帧检测中，将热红外点目标探测系统视为窄带系统，根据二元信号检测理论，虚警率Pf与探测概率Pd之间满足以下关系



其中，erfc为互补误差函数...

【专利技术属性】
技术研发人员：商旭升，赵毅，李涛，
申请(专利权)人：中国人民解放军九一七七六部队，
类型：发明
国别省市：北京;11