摘要
红外辐射是一切物体的固有特性,由于红外线有着普通电磁波和可见光无法比拟的优点,因此目标红外辐射特征的模拟技术也就成为国内外各大科研机构争相研究的技术领域。近年来,随着红外成像技犬的日趋成熟,其在各军事领域中的应用也日益广泛。随着红外制导技术的发展,为了提高武器的性能,在武器的设计和研制阶段就必须对红外导引头的各项指标进行检测,这时需要提供目标红外特性的模拟。 针对这个需要,本文就外界环境对红外模拟靶标系统的影响机理进行探讨，设计了能够模拟目标红外特性的智能红外靶标系统，论文介绍了红外靶标系统的整体设计过程、原理样机的软硬件设计过程和样机的制作过程。将需要模拟的目标红外图像的数据经处理后传输,通过控制系统把数据转换成驱动时序,再通过外围的功率驱动电路,对目标靶阵列进行加热,在目标靶上形成所模拟目标的红外特征;在总体方案优化设计的基础上,本课题提出了红外靶标模块化拼接的优化设计方法,将高分辨率模拟靶分为若干小分辨率模拟靶进行拼接,从而实现了高分辨率图像的模拟，智能红外靶标系统总体技术研究过程包括系统应用理论介绍、靶标的总体设计、样机的硬件设计、样机的软件设计、实验及结果分析五个部分。智能红外靶标系统应 用目标与背景的红外辐射特性和PID控制算法作为理论基础,运用matlab软件计算理论模型,以FPGA作为控制系统的核心,采用功率放大器件驱动外围电路。最终,将己有的目标的红外图像作为数据源,在样机上将目标红外特性再现。
关键词:红外靶标 红外特性 薄膜电阻阵列 FPGA
Abstract
Infrared radiation is the inherent characteristic of all objects because the infrared has advantages of ordinary electromagnetic wave and visible light can not match so the simulation technology of infrared radiation feature of targets has become the technology to study the major domestic and foreign电暖手套 research institutions In recent years, along with the infrared imaging technology dog matures its application in the military field is increasingly wide spread With the development of the infrared guidance technology in order to improve the performance of weapons design and manufacture of the weapons must be the indicators of infrared seeker simulation were detected, then needs to provide the infrared characteristics of the target.
In view of this, this paper discusses the mechanism of the influence of the external environment of the infrared target system, design a intelligent infrared target system can 稻壳发电simulate infrared features of objects, this paper introduces the overall design, prototype production process process principle of infrared target system software and hardware design and prototyping. Will be required to simulate霹雳鞭 target infrared image data processed by the control system of transmission, the data into time driven, and then through the external power driving circuit, heating of the target array, the formation of infrared characteristics of simulated target in the target; optimization design based on the general plan, this thesis the optimal design method of infrared target modular splicing, the high resolution simulation target is divided into several small resolution simulation target mosaic, so as to realize the simulation of high resolution image, intelligent infrared target system technology research process including system theory is introduced, the target of overall design, prototype hardware design, the prototype software design experimental results and analysis, the five part. Application of target and background infrared target system of intelligent infrared radiation characteristics and the PID control algorithm as the
theoretical basis theoretical calculation model using MATLAB software, taking FPGA as the core of the control system, a power amplifier 手动甘蔗榨汁机driving circuit. Finally, the infrared mage has some target表面耐磨涂层 as the data source, reproduced in the infrared characteristics of prototype will target.
Keywords: infrared target infrared properties of thin film resistor array捆扎胶带 FPGA
第一章绪论
1.1引言
在红外成像制导武器大量装备的今天,对红外制导和红外成像制导武器的目标识别及目标跟踪的技术要求越来越高,为了在武器的设计和研制阶段对真实客观地评估各种红外成像搜索和跟踪系统的动态性能, 例如进行导引头红外响应及目标识别的试验,以验证设计的正确性。为进行这些实验,就必须为导引头提供目标和背景的真实的红外景象。如果将导引头置于真实的环境中,利用真实的目标进行实验,实验费用非常昂贵,且由于受到实际情况的限制,不可能对所有的气象状况、不同的目标和不同的环境进行测试,若利用一个简单的热电阻,作
为热源来测试导引头的性能,对于点目标制导的武器系统来说是可行的,但对具有识别红外假目标能力的武器系统则失去了测试作用。利用红外成像目标仿真靶,能有效地对不同环境、不同背景的红外目标进行模拟,有利于对红外制导武器进行有效地测试。如:应用于红外制导武器的导引头在研发设计阶段进行单项性能测试(识别算法、跟踪算法等，以便对某一单项性能加以升级改进;应用于红外制导武器的实弹打靶来检验红外制导武器的综合性能等。。此外,红外模拟系统还能节省经费开支和缩短武器研制周期。因此,红外模拟靶标的研制在导弹武器系统研制中具有极其重要的意义。
红外目标模拟靶标系统是红外成像技术在军事领域中的一项重要应用，为了对诸如红外成像制导武器的导引头、新一代红外热像仪以及其他前视红外系统进行硬件在线闭环(hardware —in一the一1oop)仿真测试,本系统设计了一种智能红外靶标原理样机,并提出优化设计方案,将实验测得的单幅图像或一系列连续的图像,转换为探测器(红外热像仪或红外导引头装置)可探测的实际景象。
1.2智能红外靶标技术发展状况
早期红外成像仿真主要集中于某一特定目标,随若军下'井司民经济的发展，我们需要研究
目标在不同背景下的成像特性，与特定目标相比较,自然界中场景情况异常复杂,它没有固定的温度分布,并存在许多未知因素,因而直接对场景建模所需的工作量巨大且结果和实际场景相差较多。沈国土等人提出了把场景分为背景和目标两类,在统一的坐标系中分别模拟它们“独立”的红外图像,再把两者“拼合”成一幅完整的图像。针对复杂战场环境,对场景物理热模型分为背景和目标两个独立的子模型。场景物理建模工作中需要大量的物理参数,如当地的环境参数(温度、风速、发射率等)、物体参数(温度、导热系数、移动速度等)、物体热传导参数、对流参数等,它们取值的精确程度直接影响到最后目标红外辐射场的分布。可以通过数值计算的方法分析影响目标表面温度场的众多物理参数,并且总结出其中最灵敏的因素:即目标初始温度、大气透明度和环境温度等因素。
近几年欧美全力开发可生成红外动画的仿真器。1996年以来,在美国以军事研究机关为中心迅速建起使用热电阻阵列元件的红外仿真器。例如:1997年建成了名为模拟弹道导弹的核导弹动画显示仿真器。同样作为洲际弹道导弹防御计划的一部分，开发了称为宽带红外图像投影机(WISP)的装置,最初的基本系统于1996年投入使用。另外美国陆军还开发了在多目标、杂波及红外干扰环境下的前视红外和导弹导引头试验评价用宽带红外图像投影机,并于1999年提供使用。
另外，新型红外动画仿真器已被美国海军防空作战环境试验评价中心，美国空军航空电子试验综合本部和美国陆军仿训练器材司令部所采用。预计今后的红外仿真器仍以中间空的隔板电阻阵方式为主流,其唯一的缺点是不能控制红外线的辐射光谱。对具有光谱识别功能的红外探测器系统的评价,利用红外激光的投影器也许是必要的。美国海军的综合战场空间仿真器(工BAR)是意识网络中心战的大规模网络仿真器,在该仿真设施内可生成C工SR网络连结作战飞机和导弹等各种武器的战场空间,是美国海军建模和仿真的最新试验设施(占地面积约2000m)。该设备既可单独使用,也可与国防部以外的仿真设备通过网络链接使用。雷达、光电/红外探测器的仿真器设在电波暗室内,可以进行综合探测器试验。而导弹的仿真是将导弹导引头放在飞行平台上，可以进行实物在回路中的试验。该仿真设施中还有红外线显示研究室。该研究室中可以生成实物在回路中和信号处理在回路中的合成红外环境,主要用可见光仿真图像、红外仿真图像。另外该研究室还承担了开发以微机器电阻阵列技术为基础的红外仿真器的任务,并己达到实用水平。而且还负责对开发中的红外仿真器进行校正和检验。目前正在开发利用微型反射镜阵和光纤阵的新型投影技术。利用这些新方式将可以在更大动态范围内进行高速动作。
目前,美国加利福尼亚工学院的喷气推进实验室采用热辐射方法进行动态红外图
象仿真研究工作,已取得较大突破。目标的热速率己达100度/S,温度梯度为200度/ms。法国军事电子技术中心(CELAR)研制成功黑体薄膜式(即热辐射式)动态红外图像调制器,性能参数可以达到:工作波段3一12微米,帧速25Hz,空间分辨率3个点/毫米,热时间常数ZOmS，温度灵敏度0.1一0.4度。
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