某热像观瞄具电路改进设计

刘宝刚，李常成，莫启元

(总装重庆军代局驻昆明地区军代室，昆明 650223)

某热像观瞄具采用大面阵凝视型热成像技术，能进行大、中、小3 个视场的调节，主要用于夜间或白天不良气象条件下对地面目标进行搜索、观察和瞄准，并具备夜间巡航能力。在研制初期，该热像观瞄具暴露出图像质量差，个别性能指标水平低的问题，一定程度上影响了其使用。经对原设计光、机、电各组成部分的初步分析后认为，光、机设计比较成熟，处于国内先进水平，所选用的探测器也是国际上较先进的，而处理电路设计尚有潜力可挖。再对初期挂飞试验出现的故障进行全面分析，认为确实属主处理电路设计问题。于是，建议承研企业进行技术攻关，改进电路设计，以提高图像质量，更好地满足技术指标和作战使用要求。

1 攻关目标及可行性分析

1.1 目标

经过系统分析，确定的攻关目标为:通过电路改进设计，使整机的NETD、MRTD 有所提高，图像质量明显改善，增加作用距离1 000 m;最大限度地体现320 ×256 探测器的技术水平，而且能够兼容384 ×288 探测器，以提高其后续竞争力;降低成本，提高经济效益。

1.2 可行性分析

首先，技术上是可行的。由于对原电路的设计缺陷有比较深刻的认识，认为是电路处理软、硬件方面考虑不够周全，采用处理方法不够新颖，处理手段较为落后，硬件资源不够充分等。另外，项目组骨干成员掌握着先进的图像处理电路设计技术，并一直从事凝视焦平面电路的设计与研究，经验丰富，曾获得过多次国防科学技术进步奖及国防专利。这是1 支作风硬、技术精的人才队伍，能胜任本次电路改进设计任务。承研企业现有科研检测、试验设备和相关物质条件均能保证本项目的攻关需求。其设计选用的电子元器件可靠、供应链稳定，品质能够得到保证。

其次，经济上是合算的。初始样机选用的电子组件(含320×256 探测器)，是从国内厂商购买的，价格为60 万元，对方出于对技术上的保密，装配过程中派有专人调试，故其产品出现故障时应急处理困难，即使是其他生产项目使用该电子组件，也是如此，进度往往受到影响。如果对该电路改进设计成功，使用自行设计的电路，成本、价格均会降低，而且还会打破技术壁垒。

再次，环境、条件是有利的。武器装备采购竞争机制的引入是大环境，这一客观需求促使军工企业必须提高产品质量，从而提高其竞争力。该项目就是军方采用招标竞争的例证之一。加之，原采购电路存在的缺陷，正好提供了改进设计空间。最后，本次技术攻关得到了相关方的大力支持和协作保证。

2 故障原因分析

1)图像发白。原设计没有自动增益调整功能，在目标信号较强时图像容易出现细节丢失问题。

2)大视场情况下存在“阴阳脸”问题。由于地表红外辐射远高于天空红外辐照度，原设计未考虑该问题，同时不具备自动增益功能，因此大视场工作情况下观察地平线时会出现上部全黑下部全白的问题。

3)细节不清晰，图像灰暗无层次。原设计的细节增强功能较弱，在信号较弱的条件下增强效果不明显，且图像灰暗。

4)图像不均匀，有较淡的光晕感，在一定情况下影响观感。原设计不能够对无法避免的杂散光进行补偿，因此表现出光晕现象。

5)目标在视场内移动过程中存在锯齿状变形，严重影响跟踪精度和跟踪稳定性。原设计插值算法比较简单，属于简单的邻域替换型插值算法，因此插值后的图像存在锯齿状变形。

6)观察高速运动物体有跳跃感。原设计由于硬件资源限制等原因，仅仅具备较低的25 Hz 帧频，跟踪延迟过长，跟踪带宽无法提高。

3 改进对策及实施

根据上述从系统到具体故障的分析，确定了总体改进方案，包括对上述处理电路设计缺陷进行针对性改进设计，从根本上提高图像质量;兼容384 ×288 探测器，扩展技术空间，以提高该热像观瞄具的后续竞争力;将处理电路组件、通讯组件和电源板集成一体，以提高可靠性。具体对策见表1。

4 效果验证及结论

改进电路后整机(系统)的性能、可靠性和图像质量得到明显改善，将320 ×256 凝视型热成像技术发挥到极致。

军企双方进行的验证试验和总体鉴定试验后表明，其改进设计达到了预期目标。具体结果见表2。

表1 改进对策

表2 结果验证

5 结束语

通过本次技术攻关，不仅解决了总体挂飞试验因图像质量不佳导致的一系列问题，而且使热像观瞄具性能指标有了明显改善，完全满足设计技术要求和作战使用要求，使320 ×256 探测器达到了竞争对手采用384 ×288 探测器所达到的性能指标，而且每套电路(含探测器)降低成本超过25 万元，大大提高了产品的竞争优势和利润，全面实现了攻关预期。

［1］王真胜，马飒飒，宋伟. 红外热像仪外场性能测试系统［J］.兵工自动化，2011(11):63-67.