机载紫外告警干扰源处理研究∗

向宇 方航

（中国船舶重工集团有限公司第七一0研究所 宜昌 443003）

1 引言

现代战争中导弹已成为攻击飞机的强有力武器［1～2］。在面对越来越多的近程空空格斗导弹和便携式地空导弹时，及时发现敌人可以为飞机自卫系统提供更多的决策时间和信息，使其能够做出更精确的引导。日盲紫外探测技术由于使用深紫外波段而具有日盲特性［3～5］，完全不受太阳造成的背景辐射影响，大大降低了虚警率。但深紫外线在大气中透射比极低，经过大气强烈的衰减作用达到探测器的目标紫外辐射信号强度会极其微弱［6～7］。当前的主流日盲紫外探测系统是基于ICCD成像的［8］。为了探测微弱信号，ICCD需要足够高的增益，图像信号会因此受到严重的系统噪声影响［9］。文献［10～11］等文章中给出了成熟有效的预处理方法进行系统噪声过滤。张瑞亮等［12］采用成像序列中的干扰源和导弹视线角度的不同变化分辨目标和地面干扰源。对于散射噪声干扰源［13］曹慧等采用多帧平均算法和时域递归滤波算法进行处理［14］。本文提出了载机干扰源的概念，通过分析载机干扰源特征以及投放过程给出了相应的辨别方法。

2 载机干扰源消除

载机投放诱饵的紫外辐射图像特征和来袭导弹尾焰的紫外辐射图像特征［15～16］是不同的。诱饵在投放后的极短时间内由于离载机很近生成的目标紫外图像较大。根据最新研究资料［17～18］中给出的紫外探测器光学系统参数，本文计算了不同尺寸的紫外辐射源距探测器不同距离时的成像尺寸如表1所示。

表1 紫外辐射源成像尺寸

假设探测器弥散光斑加上增益形成的非几何成像是150μm，探测器像素大小是15μm，所以紫外探测器的最小成像尺寸为10个像素。所有成像小于150μm的都只会显示150μm的非几何成像。一般来袭导弹尾焰长度不会大于4m，发射位置距载机大于300m，从表中可以看出来袭导弹刚被探测到时一定是非几何成像。对于机载诱饵即使紫外辐射尺寸只有1m，由于投放时距载机很近，在大约70m范围内时成像的大小是超过10像素的，若诱饵辐射尺寸更大则成像尺寸会更大。所以，在诱饵投放的时刻告警系统可以通过成像尺寸对这种载机干扰源进行识别。问题是当诱饵远离告警系统只能进行非几何成像时无法通过尺寸进行识别，此时就要通过诱饵成像的时空关联性由已标记此类干扰源识别后续未识别此类干扰源。载机干扰源识别算法流程如图1所示。

图1 载机干扰源识别算法流程图

初始时算法从时序上当前图像帧中提取待识别目标，若该目标和当前任一标记干扰源目标关联，则将该干扰源的标记更新至该待识别目标，然后提取最新的当前图像帧重复该算法。若待识别目标没有关联的标记干扰源，评估该待识别目标尺寸，若大于10像素判定为新增干扰源并进行标记，否则判定该待识别目标不是机载干扰源然后提取最新的当前图像帧重复该算法。

另外，在真实战场环境中诱饵存在生存周期，诱饵也可能飞出紫外探测器的探测范围，在这些情况下对应的标记干扰源应判定为失效干扰源予以删除。本文的方法是在系统一个告警周期内若没有新的目标更新获取该干扰源的标记则认为该干扰源失效，从标记干扰源集合中删除。

上述算法的重难点是判断新目标和已存在的标记载机干扰源是否关联。关联判断流程如下。

1）根据运动学计算诱饵水平、垂向速度。

2）根据标记目标当前位置和诱饵水平、垂向速度给出标记目标下一步预测位置。

3）将预测位置修正为载机相对预测位置。

4）将载机相对预测位置修正为探测器相对预测位置。

5）通过探测器相对预测位置及探测器参数计算成像预测位置。

6）使用时序最近偏差和成像预测位置给出真实成像预测位置范围。

7）如果新目标和前标记目标连通或者新目标中心在真实值范围内则新目标和前标记目标关联。

诱饵水平速度满足式（1）：

式（1）的解析解为式（2）：

由载机速度和俯仰偏航角度可得到载机平移矩阵MT和载机旋转矩阵和MR，由探测器相对于载机的安装方位可得到探测器相对于载机的旋转矩阵MC。通过MT、MR和MC就可以得到相对于探测器的位置坐标。在根据探测器的光学系统参数就可以计算出投影变换矩阵Mpro，通过投影变换矩阵可由三维的位置坐标计算出其二维成像坐标。至此，我们获得了标记目标下一时刻成像位置的预测值。

3 干扰源消除实验

为了验证提出的识别算法的效果，本文对载机干扰源的威胁目标拍摄了大量的视频，并采用提出的识别算法对视频进行处理。图2中的图像是从诱饵投放开始到远离探测器的整个过程。考虑到篇幅限制，本文从这一段连续帧中按时序跳跃性的选取了几帧图像。图中左侧前两幅图像是诱饵刚投放时的几帧图像，由于还没有远离载机，诱饵成像较大，很容易标记为载机干扰源。右侧前两幅图像是其二值化图像，对于算法识别的干扰源用方框进行标记。左侧后两幅图像是诱饵开始远离载机探测器的图像，可以看出此时诱饵形成的载机干扰源已经小到只能形成非几何成像了，很难从尺寸上和系统噪声以及远方来袭的威胁目标进行区分。但从右侧后两幅图中可以看出本文提出的算法依然准确的识别标记了载机干扰源，证明了算法的有效性。

图2 载机干扰源标记效果

4 结语

战场环境中的各种干扰源是导致紫外告警虚警率较高的主要原因［19］。大多数方法致力于地面干扰源、散射噪声干扰源的处理，对于载机干扰源却很少提及。本文专门分析了载机干扰源的成因、图像特征以及时序相关性，针对性地提出了相应的处理算法。通过该算法在载机干扰源视频［20］上的处理结果，验证了算法的有效性。