多波段目标特性同步测试技术

闫 炜, 李 岗, 李 伟

（机电动态控制重点实验室,陕西 西安 710065）

多波段目标特性同步测试技术

闫 炜, 李 岗, 李 伟

（机电动态控制重点实验室,陕西 西安 710065）

针对目前国内缺乏对地面目标进行多波段同步测试的技术手段,设计一种能对地面目标进行多波段同步测试分析的系统。系统由测试和分析模块构成。该测试分析系统利用光电自动跟踪转台完成对地面目标相同状态下多波段信息及位标信息的采集,通过后期数据分析处理得到以位标作为基准的目标特性的多波段信息。测试表明：该测试系统对地面目标的多波段同步测试,改变了传统手段离散性大、同步性不高的技术现状,为地面目标近场特性的测试研究提供了新的技术手段。

目标特性；同步测试；多波段

0 引言

现代战争中,面对敌方全方位、多层次、多频段、多手段的光电侦察,使用光电复合隐身降低目标特征,已经成为提高目标战场生存能力的重要方法和手段,因而针对目标的多波段目标特性同步测试具有重要的意义。国内现有的目标特性测试多是针对单一红外辐射特性［1-2］、毫米波散射特性的测试研究［3］,暂无对地面目标进行多波段同步测试的研究。

本文设计了一种基于光电自动跟踪转台的多波段测试系统,同步测试采集地面目标相同状态下多波段信息及位标信息,通过后期数据分析处理,得到以位标作为基准的目标环境特性多波段信息,实现对地面目标的多波段目标特性同步测试。

1 多波段目标特性同步测试基础

1.1 硬件基础

（1）光电自动跟踪转台

光电自动跟踪转台是集光、机、电与计算机应用于一体的复杂系统,是靶场测量设备、光电跟踪测量设备、天文观测设备、航空航天领域、激光通讯设备、光电捕获跟踪与瞄准设备等不可缺少的关键硬件系统［4］。

多波段目标特性同步测试系统将各探测设备集成到光电自动跟踪转台上,精密跟踪系统锁定目标后,控制系统发出驱动控制指令,驱动各探测与采集系统工作,并采集、记录各子系统传送回来的测试信息。

（2）GPS/B码时统终端

时间统一系统是通信系统的一个分系统,它主要完成的功能是通过时间中心站的原子钟形成高精度时间信号和高稳定度的频率信号,进而时间中心站把这两种信号即时间信息、同步信息加上时统中心站的地址信息、时延信息以特定方式调制的国际标准IRIG/B格式时间码（简称B码）形式送给各种测量设备终端作为整个测量系统的标准时基信号,因此它已成为影响测量结果精度的重要因素之一［5］。

GPS/B码时统终端是以GPS信息和IRIG/ B码信息为基准时间的一种时统终端。其特点是速率适中、编码信息量丰富、通用规范及使用灵活方便。

GPS/B码终端由GPS接收机和解调/产生器等组成,可接收GPS和标准B码时统信号,给出绝对时间码,产生设备所需的各种同步信号。

1.2 测试原理

（1）线性插值

Linear线性插值是把各中间点,按照与自变量的线性关系,均匀分布,用直线一次将所得的数据样本点连接起来,形成折线,如果遇到非数时则避开不做任何连接处理。

最简单的插值问题是已知两点［x0,f（x0）］及［x1,f（x1）］,通过此两点的插值多项式是一条直线,即两点式可表示为

显然L1（x0）=f（x0）,L1（x1）=f（x1）,满足插值条件,所以L1（x1）就是线性插值。

（2）目标雷达散射截面（RCS）计算

毫米波雷达目标散射特性研究［6］,主要测量的特征量是目标的雷达散射截面（RCS）,它采用相对标定法来测量目标RCS,即在所有状态完全相同的情况下,将待测目标和已知精度RCS值的定标体轮换置于同一距离上,当测量雷达的威力系数相同时,分别测量得到接收功率Pr与Pr0,则

式中：Pr为待测目标接收到散射功率；Pr0为定标体接收到散射功率下标；σ0表示定标体的RCS值。将其换算为分贝数：σ=10lg（RCS）dB·m2。

（3）目标和背景灰度均值计算

光学波段的目标特性可以研究图像数据的亮度特征,目标与背景亮度特征的提取可通过统计图像的灰度直方图来提取［7］。目标和背景灰度均值计算如下可表示为

式中：g0表示当前帧的目标灰度值；f（x,y）表示当前帧的图像灰度值分布函数表示当前帧的目标灰度均值表示当前帧的背景灰度均值；M×N表示当前帧的图像大小为M×N像素；H表示当前帧的目标像素个数。

2 多波段目标特性同步测试技术

2.1 测试分析系统构成

多波段目标特性同步测试系统由红外热像系统、毫米波雷达系统、可见光电视系统、精密跟踪架、激光测距系统、计算机控制与采集系统、GPS/ B码时统终端、伺服系统、操作控制台等组成。系统具体组成,如图1所示。

可见光电视系统采集目标与背景的视频信号,通过图像处理算法,给出目标在视场中的位置,进而把目标的位置信息传送给主控系统。主控系统根据可见光电视系统提供的目标位置信息,经过角度合成和预测,驱动控制精密跟踪架,使目标稳定地处于视场中心；同时精密跟踪架将实时的角度位置信息传给主控系统以调整、控制和记录。

图1 测试系统组成示意图

在精密跟踪架锁定目标后,主控系统通过GPS/B码时统终端给出高精度时间信号和高稳定度的频率信号,驱动激光测距系统、红外热像系统、毫米波雷达系统、可见光电视系统采集记录系统传送回来的测试数据。测量前要校准激光测距系统光轴、红外热像系统光轴、毫米波雷达系统光轴、可见光电视系统光轴,严格保证光学同轴。

多波段目标特性分析系统分为插值计算和数据处理两大模块：

a）插值计算模块通过对距离数据进行线性插值处理,使可见光图像、红外图像、目标反射功率数据的帧频能一一对应距离数据,解决集成于光电自动跟踪转台上探测设备采样频率不一致的问题；

b）数据处理模块通过图像处理分析可见光和红外图像数据,获得可见光、红外波段目标与背景的灰度均值,通过数值计算获得毫米波波段的RCS值。

2.2 多波段目标特性同步测试

多波段目标特性同步测试分析的流程,如图2所示。

测试流程主要分为以下几步：

a）CCD像机系统采集目标与背景的视频信号,通过图像处理算法,给出目标在视场中的位置,进而把目标的位置信息传送给主控系统；

图2 多波段目标特性同步测试流程示意图

b）主控系统根据电视跟踪系统提供的目标位置信息,经过角度合成和预测,驱动控制二维跟踪转台系统,使目标稳定地处于视场中心,同时二维转台系统将实时的角度位置信息传给主控系统以调整、控制和记录；

c）在二维转台系统锁定目标后,主控系统发出驱动控制指令,驱动各探测系统工作,并采集、记录各系统传送回来的测试数据；

d）调用采集的可见光、红外、毫米波波段数据和激光测距数据,并对其进行选取；

e）利用插值处理软件对测距数据进行线性插值运算处理,使可见光图像、红外图像、目标反射功率数据的帧频能一一对应距离数据；

f）对可见光、红外波段的图像数据进行目标/背景区提取,计算两者灰度平均值,对毫米波波段数据处理,计算目标的雷达散射截面（RCS）。

3 多波段目标特性同步测试结果

利用多波段目标特性同步测试分析系统对坦克目标进行可将光、8μm～14μm红外、8 mm波段特征同步测试。测试现场布局如图3所示。

图3 测试现场布局示意图

本次试验所用CCD像机和热像仪采集的帧频图像大小为320×240像素,灰度取值范围为0～255。图4为在同一位置的坦克红外热图和可见光图像。

图4 红外和可见光图像

试验在侧向测试点采集了10组坦克的测试数据,经计算得到如表1所示的结果。

表1 多波段目标特性测试数据表

由上述测试结果分析可以看出,多波段目标特性同步测试分析系统中的GPS/B码时统终端对多波段数据的同步采集,及后期数据分析处理得到的以位标作为基准的多波段信息,实现了对地面目标的多波段目标特性同步测试。

4 结论

本文设计了一种利用光电自动跟踪转台,同步测试采集相同状态下目标多波段信息及位标信息,通过后期数据分析处理,得到以位标作为基准的目标环境特性的多波段信息系统,实现对地面目标的多波段目标特性同步测试。系统由测试和分析模块构成。通过对坦克目标多波段同步测试证明：本系统可实现对地面目标的多波段同步测试,改变了传统手段离散性大、同步性不高的技术现状,为地面目标/背景近场特性的测试研究提供了新的技术手段。

［1］王建霞.目标的红外特性组合测试［J］.红外与激光工程,2008,37：543-546.

［2］赵强.目标在复杂背景中的红外成像特性研究［J］.制导与引信,2005,26（3）：15-18.

［3］王明波,刘颖.复杂环境下的目标特性测量方法研究［J］.红外,2013,34（6）：29-33.

［4］黄立新.机动式光电跟踪转台小型化设计与可靠性研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工程大学,2008.

［5］马红皎,胡永辉.GPS&IRIG-B码时间系统分析［J］.电子科技,2005,190（7）：21-25.

［6］黄培康,殷红成,许小剑.雷达目标特性［M］.北京：电子工业出版社,2005.

［7］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.

Synchronous Test Technology of Multiband Target Characteristic

YAN Wei, LI Gang, LI Wei
（Science and Technology on Electromechanical Dynamic Control Laboratory,Xi'an Shaanxi 710065,China）

Aiming at the absent of multiband synchronous test technology for ground target at home,a multiband synchronous test and analysis system for ground target was designed.The system consists of test and analysis module.The test and analysis system uses photo-electricity tracking turntable to gather information about ground target under the same state multiband information and standard information.The multi wave signal target characteristics is obtained to a standard reference in the period of data analysis and processing.Testing results showed that the multiband of the test system for ground target synchronous test changed the present situation of traditional methods such as great discreteness and low synchronization,provided a new technique for ground target characteristic of near-field test.

target characteristic；synchronous；multiband

O436.2

A

1671-0576（2014）01-0028-04

2013-08-30

闫 炜（1970-）,女,硕士,主要从事目标近场电磁、激光散射特性技术研究。