一种对图像面积小于20像素点的红外小目标距离估计方法-山东亚星游戏官网机床有限公司

专利名称：：一种对图像面积小于20像素点的红外小目标距离估计方法
技术领域：
：本发明属于红外探测
技术领域：
，涉及目标的距离估计方法，特别是一种利用单波段探测器对红外小目标的距离估计方法，可用于目标跟踪。
背景技术：
：随着光电对抗技术的迅速发展以及它在现代战争中的广泛使用，作战双方对武器系统的隐蔽性要求越来越高。机载或弹载被动红外探测系统，不向外界辐射能量，极大地增强了隐身能力和突防能力，成为目前研究的热点之一。但对在红外成像系统上所获得的图像面积小于20像素点的红外小目标来说，由于距离信息难以获�。档土斯獾缍钥瓜低车男阅埽拗屏似溆τ煤头⒄梗虼耍欢饩嗉际醭晌鼗虻乇欢低车墓丶际踔唬谀勘攴浯涮匦缘谋欢饩喑晌泄匮芯康闹鞴シ较�。文献“弹载被动系统测距算法[J].伍友利，方洋旺，蔡文新，王洪强.系统工程与电子技术，2009，31(7):16841688”公开了一种利用复杂的扰动滤波算法实现对目标的距离估计方法，有较好的仿真结果，但该方法中所作的目标在运动过程中能量辐射出射度始终恒定的假设不尽合理，且这种利用扰动滤波算法实现目标的距离估计方法计算量很大。文献“一种红外警戒系统单站三维被动定位方法研究[J].辛云宏.渭南师范学院学报，2004，19(5):7-10”公开了利用目标的方位、俯仰角信息以及红外探测器对目标辐射的响应信息解算目标位置参数的单站定位方法，这种方法由于在目标距离估算上出现了将接近于0的数值作分式的分母的情形，使得该方法的有效性受到影响。文献“IRST系统的综合性被动测距算法研究[J].付小宁，牛建军，刘上乾.红外技术，2005，27(4):279-283”提出了一个基于单波段辐射强度测距的综合性公式，该公式可用于舰载IRST系统的被动测距，但有在计算过程中出现接近于0的数值作分式的分母的弊端，从而影响了该距离估计方法的有效性及实用性。
发明内容本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种采用单波段探测器的红外小目标的距离估计方法，以减小计算量，避免接近于0的数值作分式分母的情况发生，提高距离估计的有效性及实用性。实现本发明目的技术关键是通过探测器得到的红外小目标的辐照度、方位角、俯仰角以及目标所处的三维空间坐标参数，构建一元二次距离估计方程，用该方程的正实根作为采样时刻的目标估计距离，具体步骤包括如下(1)通过单波段探测器获取第n采样时刻目标信号的辐照度En；(2)通过光电经纬仪确定目标相对观测平台的方位角an、俯仰角3n；(3)利用全球定位系统GPS或北斗星等定位系统获取采样时刻探测器所处的三维空间坐标(xn，yn，zn)；(4)从第n+2彡3采样时刻开始，计算目标在不同采样时刻目标到探测器的距离比(4a)计算n+1和n+2两次采样时刻目标到探测器的距离比权利要求一种对图像面积小于20像素点的红外小目标距离估计方法，包括如下步骤(1)通过单波段探测器获取第n采样时刻目标信号的辐照度En；(2)通过光电经纬仪确定目标相对观测平台的方位角αn、俯仰角βn；(3)利用全球定位系统GPS或北斗星等定位系统获取采样时刻探测器所处的三维空间坐标(xn，yn，zn)；(4)从第n+2≥3采样时刻开始，计算目标在不同采样时刻目标到探测器的距离比(4a)计算n+1和n+2两次采样时刻目标到探测器的距离比<mrow><msub><mi>ρ</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>r</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mo>/</mo><msub><mi>r</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>2</mn></mrow></msub><mo>=</mo><msqrt><mfrac><msub><mi>E</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>2</mn></mrow></msub><msub><mi>E</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msub></mfrac></msqrt><mo>-</mo><mi>ln</mi><mi>a</mi><mo>·</mo><mfrac><msub><mi>E</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>2</mn></mrow></msub><msub><mi>E</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msub></mfrac><mo>+</mo><mfrac><mn>3</mn><mn>2</mn></mfrac><msup><mi>ln</mi><mn>2</mn></msup><mi>a</mi><mo>·</mo><msup><mrow><mo>(</mo><mfrac><msub><mi>E</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>2</mn></mrow></msub><msub><mi>E</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msub></mfrac><mo>)</mo></mrow><mfrac><mn>3</mn><mn>2</mn></mfrac></msup><mo>+</mo><mrow><mo>(</mo><mi>ln</mi><mi>a</mi><mo>/</mo><mn>2</mn><mo>-</mo><mfrac><mn>8</mn><mn>3</mn></mfrac><msup><mi>ln</mi><mn>3</mn></msup><mi>a</mi><mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><msup><mrow><mo>(</mo><mfrac><msub><mi>E</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>2</mn></mrow></msub><msub><mi>E</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msub></mfrac><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>,</mo></mrow>(4b)计算n和n+2两采样时刻目标到探测器的距离比<mrow><msub><mi>ρ</mi><mrow><mi>n</mi><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>r</mi><mi>n</mi></msub><mo>/</mo><msub><mi>r</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>2</mn></mrow></msub><mo>=</mo><msqrt><mfrac><msub><mi>E</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>2</mn></mrow></msub><msub><mi>E</mi><mi>n</mi></msub></mfrac></msqrt><mo>-</mo><mi>ln</mi><mi>a</mi><mo>·</mo><mfrac><msub><mi>E</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>2</mn></mrow></msub><msub><mi>E</mi><mi>n</mi></msub></mfrac><mo>+</mo><mfrac><mn>3</mn><mn>2</mn></mfrac><msup><mi>ln</mi><mn>2</mn></msup><mi>a</mi><mo>·</mo><msup><mrow><mo>(</mo><mfrac><msub><mi>E</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>2</mn></mrow></msub><msub><mi>E</mi><mi>n</mi></msub></mfrac><mo>)</mo></mrow><mfrac><mn>3</mn><mn>2</mn></mfrac></msup><mo>+</mo><mrow><mo>(</mo><mi>ln</mi><mi>a</mi><mo>/</mo><mn>2</mn><mo>-</mo><mfrac><mn>8</mn><mn>3</mn></mfrac><msup><mi>ln</mi><mn>3</mn></msup><mi>a</mi><mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><msup><mrow><mo>(</mo><mfrac><msub><mi>E</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>2</mn></mrow></msub><msub><mi>E</mi><mi>n</mi></msub></mfrac><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>,</mo></mrow>式中，rn、rn+1和rn+2分别定义为n、n+1和n+2三次采样时刻目标到探测器的距离，En、En+1、En+2分别为n、n+1、n+2采样时刻探测器接收到的目标辐照度，τ为工作现场单位长度上大气透过率；(5)根据步骤(2)中得到的方位角αi和俯仰角βi，对i＝n、n+1和n+2三个不同的采样时刻，计算i采样时刻目标的一组方向余弦(li，mi，ni)，其中li、mi、ni分别为i采样时刻探测器在空间坐标系中的光心到目标形心的单位矢量的x、y、z三个坐标分量，得到i＝n、n+1、n+2三个不同采样时刻的目标方向余弦(ln，mn，nn)、(ln+1，mn+1，nn+1)和(ln+2，mn+2，nn+2)，即<mrow><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><msub><mi>l</mi><mi>n</mi></msub><mo>=</mo><mi>cos</mi><msub><mi>α</mi><mi>n</mi></msub><mi>cos</mi><msub><mi>β</mi><mi>n</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>m</mi><mi>n</mi></msub><mo>=</mo><mi>sin</mi><msub><mi>α</mi><mi>n</mi></msub><mi>cos</mi><msub><mi>β</mi><mi>n</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>n</mi><mi>n</mi></msub><mo>=</mo><mi>sin</mi><msub><mi>β</mi><mi>n</mi></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>,</mo></mrow><mrow><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><msub><mi>l</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mo>=</mo><mi>cos</mi><msub><mi>α</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mi>cos</mi><msub><mi>β</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>m</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mo>=</mo><mi>sin</mi><msub><mi>α</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mi>cos</mi><msub><mi>β</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>n</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mo>=</mo><mi>sin</mi><msub><mi>β</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>,</mo></mrow><mrow><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><msub><mi>l</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>2</mn></mrow></msub><mo>=</mo><mi>cos</mi><msub><mi>α</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>2</mn></mrow></msub><mi>cos</mi><msub><m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一种对图像面积小于20像素点的红外小目标距离估计方法