动态装甲目标红外隐身性能对比评价方法_李岗.docx

《动态装甲目标红外隐身性能对比评价方法_李岗.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《动态装甲目标红外隐身性能对比评价方法_李岗.docx（4页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、 动态装甲目标红外隐身性能对比评价方法 李 岗 ， 侯 亚 丽 ， 王 伟 ， 苏 宏 ( 机电动态控制重点实验室， 陕西西安 710065) 摘 要 ： 针 对 目 前 红 外 隐 身 性 能 评 价 方 法 局 限 于 静 态 装 甲 目 标 ， 无 法 评 价 动 态 装 甲 目 标 红 外 隐 身 性 能 的 缺 陷 ， 提 出 了 动 态 装 甲 目 标 红 外 隐 身 性 能 对 比 评 价 方 法 。 该 方 法 通 过 对 比 分 析 相 同 距 离 条 件 下 动 态 装 甲 目 标 隐 身 前 后 的 相 对 辐 射 对 比 度 ， 获 得 表 征 动 态 装 甲 目 标

2、红 外 隐 身 性 能 评 价 结 果 的 隐 身 效 率 。 实 例 计 算 结 果 表 明 ， 该 方 法 不 仅 实 现 了 对 运 动 状 态 的 装 甲 目 标 红 外 隐 身 性 能 的 评 价 ， 而 且 也 避 免 了 理 论 模 型 精 度 对 评 价 结 果 的 影 响 。 关 键 词 ： 动 态 装 甲 目 标 ； 红 外 隐 身 ； 隐 身 效 率 ； 相 对 辐 射 对 比 度 中图分类号： TJ43 文献标志码： A 文章编号 ： 1008-1194(2014)060022-03 Contrastive Evaluation Method of Dynamic In

3、frared Stealth Performance LI Gang, HOU Yali, WANG Wei, SU Hong (Science and Technology on Electromechanical Dynamic Control Laboratory, Xian 710065， China) Abstract ： Accoeding to the actuality that available infrared stealth performance evaluation method was limited to static armor targets, which

4、was not suitable for dynamic armor targets, an contrastive evaluation method was presented in this paper. By the method, relative radiometric contrast of dynamic armor targets, before and after stealth, was comparatively analysed at the same distance, then stealth efficiency was obtained to characte

5、rize e-valuation result. The example results showed that the method could evaluate infrared stealth performance of dynamic armor, and avoid the influence of the accuracy of the theoretical model to the evaluation result. Key words ： dynamic armor； infrared stealth； stealth efficiency； relative radia

6、tion contrast 目 标 红 外 辐 射 特 性 的 差 异 。 文 献 5 阐 述 了 利 引 言 随 着 红 外 制 导 武 器 的 发 展 ， 对 军 用 目 标 红 外 隐 身 的 要 求 也 越 来 越 高 ， 世 界 各 国 都 在 致 力 于 军 用 目 标 的 红 外 隐 身 方 法 和 隐 身 措 施 的 研 宄 ， 武 器 的 隐 身 性 能 己 经 成 为 武 器 的 一 个 重 要 的 指 标 1 。 因 而 ， 武 器装备的隐身评估就变得尤为重要。 目 前 ， 对 装 甲 目 标 红 外 隐 身 性 能 进 行 评 价 的 方 法 有 两 大 类 ： 一 是

7、 试 验 评 价 ， 二 是 利 用 理 论 模 型 进 行 评 价 2 。 文 献 3 阐 述 了 利 用 热 电 偶 及 辐 照 仪 等 测 试 设 备 对 静 止 的 坦 克 与 背 景 温 度 测 试 分 析 的 试 验 评 价 方 法 ； 文 献 4 阐 述 了 利 用 红 外 热 成 像 装 置 对 静 态 目 标 与 背 景 成 红 外 热 像 ， 通 过 人 眼 判 定 的 试 验 评 价 方 法 。 但 这 两 种 试 验 评 价 方 法 都 是 针 对 静 态 装 甲 目 标 开 展 的 研 宄 ， 并 未 考 虑 运 动 与 静 止 状 态 下 的 装甲 *收 稿 日 期

8、 =2014-05-01 用 热 成 像 系 统 的 静 态 性 能 分 析 理 论 和 视 距 估 算 理 论 模 型 的 评 价 方 法 ， 该 方 法 中 视 距 估 算 理 论 模 型 精 度 的 高 低 决 定 了 评 价 结 果 的 可 信 程 度 。 目 前 这 些 评 价 方 法 仅 局 限 于 静 态 装 甲 目 标 ， 无 法 评 价 动 态 装 甲 目 标 红 外 隐 身 性 能 。 本 文 针 对 此 问 题 ， 提 出 了 动 态 装 甲目 标红外隐身性能对比评价方法。 1 评 价 原 理 红 外 隐 身 的 目 的 是 尽 可 能 地 降 低 被 红 外 系 统 探

9、 测 和 识 别 的 可 能 性 ， 而 红 外 系 统 对 处 于 背 景 中 的 目 标 探 测 和 识 别 ， 在 很 大 程 度 上 取 决 于 目 标 本 身 的 红 外 辐 射 特 征 和 周 围 复 杂 背 景 的 红 外 辐 射 特 征 以 及 它 们 之 间 的 红 外 对 比 特 性 ， 因 而 ， 目 标 红 外 隐 身 效 果 的 测 试 评 价 主 要 是 研 宄 红 外 系 统 探 测 到 的 目 标 与 背 景 作 者 简 介 ： 李 岗 （ 1978） 男 .山 西 长 治 人 .硕 士 研 究 生 .工 稈 师 .研 究 方 向 ： 目 标 特 性 光 学 测

10、 试 。 E-mail: ligang-200.1 163. com0 辐射能量的差别。 1 . 1 辐射对比度 辐射对比度定义引入误差理论 ， 其表达式分 为 绝对辐射对比度和相对辐射对比度 C f i 。 (2) 式中： MT、 MB 分别为目标与背景的辐射出度。 不同 的 目 标 和 背 景 的 差 异 及 计 算 精 度 等 要 求 ， 可 以 采 用 不 同 的 形 式 ， 目 标 在 运 动 状 态 时 与 背 景 相 互 影 响 反 射 叠 加 ， 形 成 的 红 外 辐 射 特 征 更 为 复 杂 。 因 此 ， 本 文 在 分 析 目 标 与 背 景 的 辐 射 对 比 度

11、是 选 择 应 用 较 广 泛 、 更 具 实 际 意 义 的 相 对 辐 射 对 比 度 。 目 标 的 辐 射 包 括 自 身 的 热 辐 射 和 对 背 景 辐 射 ， 同 理 背 景 的 辐 射 也包括自身的热辐射和对目标辐 射的发射。 式 中 ： eT、 B 分 别 为 目 标 与 背 景 的 发 射 率 ； TT、 TB 分 别为目标与背景的温度 ; 7 为斯蒂芬 - 玻耳兹曼常 数。将式（ 3)、（ 4)代入式 （ 2)中，得 如果将背景当作黑体， 即 eB = 1 ， 则式 （ 4 ) 简 化为 从式 （ 6 ) 可以看出， 目标与背景的相对辐射对 比度取决于目标与背景的温差和

12、发射率差。 1 . 2 隐身效率的概念 本文采用参数对比法对动态装甲目标进行红外 隐 身 性 能 评 价 ， 即 对 比 分 析 实 施 隐 身 前 后 目 标 与 背 景 的 相 对 辐 射 对 比 度 的 变 化 来 评 价 动 态 装 甲 目 标 的 红 外 隐 身 性 能 。 因 而 ， 定 义 在 研 宄 红 外 热 图 数 据 AN 帧内， 实施隐身后目标与背景的相对辐射对比度 下降的概率为隐身效率 i3 : ( 7 ) 式 中 ： 为 隐 身 后 的 目 标 与 背 景 的 相 对 辐 射 对 比 度 ； C、 为 隐 身 前 的 目 标 与 背 景 的 相 对 辐 射 对 比

13、度 。 由 式 （ 7 ) 可知， 值越大， 动 态 装 甲 目 标 的 隐 身 效 果 就 越 好 ， 因 此 可 以 通 过 值 的 大 小 来 表 征 动 态 装 甲 目 标 的隐身性能。 1 . 3 测 试 系 统 动 态 装 甲 目 标 红 外 辐 射 特 性 测 试 系 统 由 自 动 跟 踪 系 统 、 激 光 测 距 系 统 、 可 见 光 测 试 系 统 、 红 外 测 试 系统、 主控系统构成， 具体组成如图 1 所示。 图 1 测 试 系 统 组 成 框 图 Fig. 1 The fig of test system 可见光测试系统采集目标与背景的可见光数 据， 经 图

14、像 处 理 给 出 目 标 位 置 信 息 并 传 送 至 主 控 系 统 ， 主 控 系 统 根 据 给 出 的 目 标 位 置 信 息 驱 动 自 动 跟 踪 系 统 实 现 对 目 标 的 平 稳 跟 踪 ， 在 自 动 跟 踪 系 统 稳 定 跟 踪 目 标 后 ， 由 主 控 系 统 对 红 外 测 试 系 统 和 激 光 测 距 系 统 发 出 控 制 指 令 ， 实 现 对 目 标 红 外 和 测 距 数 据 的 采 集 。 测 量 前 须 保 证 激 光 测 距 系 统 、 可 见 光 测 试 系 统、 红外测试系统的光轴一致。 2 红 外 隐 身 性 能 对 比 评 价 方

15、法 动 态 装 甲 目 标 的 红 外 隐 身 性 能 评 价 采 用 参 数 对 比 法 ， 首 先 对 带 有 距 离 信 息 的 动 态 装 甲 目 标 红 外 热 图 数 据 进 行 分 析 处 理 ， 计 算 得 到 作 为 描 述 目 标 和 背 景 的 红 外 辐 射 特 性 参 数 的 相 对 辐 射 对 比 度 ， 其 次 通 过 对 比 分 析 相 同 距 离 条 件 下 动 态 装 甲 目 标 隐 身 前 后 的 相 对 辐 射 对 比 度 ， 最 终 得 到 表 征 动 态 装 甲 目 标 红 外 隐 身 性 能 评 价 结 果 的 隐 身 效 率 。 其 工 作 流

16、程 如 图 2 所示。 图 2 评 价 工 作 流 程 示 意 图 Fig. 2 Sketch map of the evaluation method 1 ) 调用带有距离信息的动态装甲目标红外热图 数 据 ， 对 其 进 行 选 取 ； 2 ) 对 红 外 热 像 数 据 的 距 离 信 息 运 算 处 理 ， 确 保 每 一 幅 红 外 热 图 都 对 应 一 个 距 离 数 据； 3 ) 调用经过数据 预 处 理 的 动 态 装 甲 目 标 红 外 隐 身 前 后 的 红 外 热 图 和 距 离 数 据 进 行 数 据 匹 配 ， 获 得 相同距离条件下的红外 热 图 数 据 ； 4

17、) 对 经 过 数 据 匹 配 后 获 得 的 红 外 热 图 数 据 进 行 图 像 处 理 ， 获 得 目 标 与背景的灰度均值； 5 ) 用 目 标 与 背 景 的 灰 度 均 值 代 替公式 （ 5 ) 中目标与 背 景 的 温 度 ， 计 算 相 对 辐 射 对比 度； 6 ) 最后， 由式 （ 6 ) 计算表征动态装甲目标 红外隐 身性能评价结果的隐身效率 / 3 ， /? 值越大， 动态装甲 目标的隐身效果就越好。 3 计 算 实 例 与 结 果 分 析 利 用 动 态 装 甲 目 标 红 外 隐 身 性 能 评 价 方 法 对 测 试 所 获 得 的 红 外 热 图 和 距 离

18、 数 据 进 行 处 理 分 析 。 试 验条件如表 1 所示。 表 1 试 验 条 件 参 数 表 Tab. 1 Test parameters table 季 节 天 气 风 速 /(m/S) 湿 度 /% 环 境 温 度 /c 春 季 阴 天 1.3 56 28. 6 该 数 据 中 红 外 热 像 的 测 试 波 段 为 8 1 4 ， 大 小为 320 X240 像素， 灰度取值范围为 0 255 ; 此外， 将 涂 覆 常 规 迷 彩 和 红 外 隐 身 涂 料 的 同 型 号 坦 克 目 标 定 义 为 隐 身 前 后 目 标 ， 由 于 现 行 的 红 外 隐 身 涂 覆 方

19、案 多 是 高 中 低 发 射 率 复 合 涂 覆 ， 因 此 ， 实 施 多 种 发 射率 的涂覆的目标的发射率将按下式 ( 7 ) 计算表示。 e = mii ( 7 ) 式 （ 7 ) 中 ， 为 第 ； 种 组 成 涂 料 的 目 标 涂 覆 面 积 百 分 比 ； e, 为 第 种 组 成 涂 料 的 发 射 率 。 实 例 中 坦 克 目标 所涂覆的涂料参量及定义如表 2 所示。 表 2 坦克目标涂覆的涂料参量及定义 Tab. 2 Parameters and definition table of tank dope 注 ： 单 一 种 类 为 中 发 射 率 涂 料 涂 覆 方

20、 案 ， 涂 料 发 射 率 0.74,涂 覆 面 积 100%;复 合 种 类 为 高 、 中 、 低 发 射 率 涂 料 复 合 涂 覆 方 案 ， 涂 料 发 射 率 依 次 为 . 93、 0. 76、 0. 54, 涂 覆 面 积 依 次 为 20%、 30%、 50% 。 随 机 选 取 一 段 距 离 范 围 内 的 如 表 3 和 图 3 所 示 的 2 0 0 组 计 算 结 果 。 从 图 3 和 表 3 中 可 以 看 出 ， 运 动 状 态 下 的 坦 克 目 标 隐 身 前 后 的 相 对 辐 射 对 比 度 的 变 化 复 杂 多 样 ， 在 2 0 0 组 对 比

21、 测 试 结 果 中 ， 坦 克 目 标 隐 身 后 的 相 对 辐 射 对 比 度 有 1 4 1 组 出 现 了 下 降 ， 5 9 组 出 现 了 上 升 ， 反 映 了 诸 如 背 景 、 烟 尘 、 发 动 机 废 气 对 运 动 状 态 下 的 坦 克 红 外 辐 射 影 响 ， 表 明 了 运 动 与 静 止 状 态 下 的 坦 克 目 标 红 外 辐 射 特 性 的 不 同 ， 而 由 于 对 动 态 坦 克 目 标 的 红 外 辐 射 特 性 采 用 的 是 对 比 分 析 处 理 ， 使 用 的 是 相 同 的 红 外 测 试 系 统 对 隐 身 前 后 的 坦 克 目 标

22、 的 测 试 采 集 的 测 试 数 据 ， 有 效 地 避 免 了 测试系统对评价结果的影响。 根 据 式 （ 7 ) 计 算 得 出 隐 身 效 率 3 = 7 0 . 5 % ， 说 明 了 本 次 红 外 隐 身 涂 覆 方 案 尚 未 使 运 动 状 态 下 的 坦 克 目 标 在 该 试 验 条 件 下 达 到隐身效果。 图 3 坦 克 目 标 隐 身 前 后 辐 射 对 比 度 计 算 结 果 Fig. 3 Radiation contrast calculation results of before and after tank stealth 表 3 坦 克 目 标 隐 身

23、 前 后 计 算 结 果 Tab. 3 The calculation results before and after the tank stealth 序 号 距 离 /m 相 对 辐 射 对 比 度 隐 身 前 隐 身 后 1 225. 8 0. 18 0. 13 2 226. 0 0. 17 0. 15 3 226. 1 0. 16 0. 13 198 254. 5 0. 33 0. 28 199 254. 7 0. 18 0. 25 200 254. 9 0. 16 0. 24 由上述评价及结果分析可以看出， 本文提出的 隐身性能对比评价方法既充分考虑了目标在运动状 ( 下转第 30

24、 页） 分 量 上 的 信 噪 比 差 异 ； 进 而 采 用 联 合 子 空 间 投 影 方 法 完 成 干 涉 相 位 估 计 。 仿 真 数 据 和 SIR C 雷 达 实 际 数据验证表明， 该方法能够有效改善多频 I n S A R 的 干 涉 相 位 估 计 性 能 。 此 外 ， 文 中 对 于 聚 焦 矩 阵 的 不 同 选 择 尚 未 讨 论 ， 不 同 聚 焦 矩 阵 对 所 提 方 法 处 理 性能的影响， 还有待于进一步的研究。 参考文献： 1 Lanari R, Fornaro G, Riccio D, et al. Generation of Digital Ele

25、vation Models by Using SIR-C/X-SAR Multifrequency Two-Pass Interferometry： The Etna Case Study J. IEEE Transaction on Geoscience and Remote Sensing, 1996,34(5) ： 1097-1114. 2 Pascazio V, Schirinzi G. Multifrequency InSAR Height Reconstruction Through Maximum Likelihood Estimation of Local Planes Par

26、ameters J J. IEEE Transaction on Image Processing, 2002,11(12) ： 1478-1489. 3 Ferraiuolo G， Pascazio V， Schirinzi G. Maximum A Posteriori Estimation of Height Profiles in InSAR Imaging J . IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 2004,1(2) ： 66-70. 4 LI Z he n fa ng , BAO Zheng, LI Hai, e t a l .

27、 Image Autocoregistration and InSAR Interferogram Estimation Using Joint Subspace Projectionj. IEEE Transaction on Geoscience and Remote Sensing, 2006,44(2) ： 288-297. 5 张森，唐劲松，杨海亮，等 .利用 CSSM 进 行 多 频 InSAR 相 位 融 合 及 DEM 重构 】 .武汉大学学报， 2010,35 (3) ： 328-333. 6 WANG H, KAVEH M. Coherent Signal-Subspace

28、 Processing for the Detection and Estimation of Angles of Arrival of Multiple Wide-Band SourcesJ. IEEE Transaction on Acoustics? Speech, and Signal Processing, 1985? 33(4)： 823- 831. 7 Lee T S. Efficient Wide-Band Source Localization Using Beamforming Invariance TechniqueJ. IEEE Trans, on Signal Pro

29、cessing, 1994,42(6) ： 1376-1387. 8 ZHANG Sen, TANG Jinsong, ZHU Sanwen. Image Auto Coregistration and Interferogram Estimation Using Matrix FittingJ. ISCSCT 08 Shanghai ： IEEE Computer Socient, 2008： 617-621. 9 CHEN Ming,ZHANG Sen,TANG Jinsong. An Interfei ometric Synthetic Aperture Sonar Raw Signal

30、 Simulation based on Points-Scatterer modelC/International Joint Conference on Computational Sciences and Optimization. Sanya： IEEE Computer Society,2009 ： 367-370. l When C W. Statistical-Cost Network-Flow Approaches to Two- Di mensional Phase Unwrapp ing f o r Radar Interferometry D. Stanford： Sta

31、nford University, 2001. ( 上接第 24 页） 态下与背景、 烟尘、 发动机废气的辐射的交互影响， 又避免了理论模型精度对评价结果的影响。 4 结 论 本文提出了动态装甲目标红外隐身性能对比 评 价 的 试 验 评 价 方 法 ， 该 方 法 通 过 对 比 分 析 相 同 距 离 条 件 下 动 态 装 甲 目 标 隐 身 前 后 的 相 对 辐 射 对 比 度 ， 获 得 表 征 动 态 装 甲 目 标 红 外 隐 身 性 能 评 价 结 果 的 隐 身 效 率 。 实 例 计 算 结 果 表 明 ： 利 用 本 文 提 出 的 对 比 评 价 方 法 不 仅 实

32、现 了 对 运 动 状 态 的 装 甲 目 标 隐 身 性 能 的 评 价 ， 而 且 也 避 免 了 理 论 模 型 精 度 对 评 价 结 果 的 影 响 ， 在 对 装 甲 车 辆 隐 身 材 料 及 隐 身 技 术 的 测 试 评价研宄中提供了一种有效的 技术手段。 参 考 文 献 ： 1宣益民，韩玉阁 .地面目标与背景的红外特征 M. 北京： 国 防工业出版社 ， 2004. 2 陈翻，杨立，张晓怀 .目标红外涂料隐身技术评判标准研 宄 J.光电工程， 2008,35(10):43-47. 3 罗来科，韩玉阁，章桂芳，等 .坦克车辆红外特性测试与分 析 J.车辆与动力技术， 2005(4):7-11. 4 王博，王自荣，孙晓泉 .一种评价热红外涂层隐身效果的 方 法 J.航天电子对抗， 2004(1) : 63-65. 5 马娜，黄峰，李耀伟 .基于隐身效率的红外隐身性能评估 方 法 J.红外技术， 2009,31(8):491-494. 6 谢民勇，沈卫东，宋斯洪，等 . 基于目标与背景辐射对比 度 的红外隐身效能研宄 J.制导与对抗， 2011， 33(2): 113-115.