阳光反射对空地成像设备干扰影响分析.pdf
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1、第 卷 第 期 激 光 与 红 外 ,年 月 ,文章编号:()光电对抗阳光反射对空地成像设备干扰影响分析邹前进,陆静,陆洪涛,刘胜利,耿志辉,路亚旭(部队,河南 洛阳 )摘要:分析了强反射源阳光反射干扰效应,并利用精密转台、镜面反射装置和空地成像设备实测了干扰效应。实测显示:阳光反射干扰效应像素数可达镜面理想成像像素数 倍;较强的干扰效应及闪烁,对空地成像设备稳定跟踪造成较大影响。全流程的外场阳光反射干扰实验实现难度较大;本文提出和实现了基于实测阳光干扰效应,仿真包含背景、目标和干扰的场景图像注入空地成像设备获取跟踪制导数据,将数据代入弹道计算模型的实验方法。最后分析了阳光反射对空地成像设备最
2、终干扰效果。当 干扰有效,落点误差大于 ;干扰有效,落点误差大于 ,被保护目标需采取一定的措施;若干扰距离不小于 ,即使人在回路重新锁定目标,落点误差大于 。本文对空地成像设备抗阳光干扰算法改进和抗干扰能力评估具有一定的借鉴意义。关键词:空地成像设备;阳光反射;干扰效应;落点误差中图分类号:文献标识码:,(,):,:;,;,;,:;作者简介:邹前进(),男,硕士,高级工程师,主要从事光电对抗方面的研究。:收稿日期:;修订日期:引言目前国内外大多数空地成像设备一般依据的俯仰、偏航视线角速度或角度信号实现设备位置或姿态控制 。视线角速度或角度一般基于跟踪后的图像输出,因此设备对目标的稳定跟踪结果对
3、空地成像设备最终的落点分布情况影响巨大 。随着对抗技术发展,空地成像设备不但要考虑目标三维投影变化,还需要考虑外部干扰因素对跟踪的影响 。目前,国内外在干扰效应或效果方面开展了大量研究,当前多集中在主动的激光辐照、诱饵和烟幕等对红外跟踪效果影响评估 ,。太阳作为自然界常见的自然干扰,在空地成像设备实际使用中很难完全规避,太阳干扰包括直射阳光干扰、阳光反射干扰等。对于直射阳光干扰目前可通过航迹规划进行规避 ,但对于目标上或目标附近的人为阳光反射干扰则很难规避 ,。由于太阳反射干扰辐射亮度远大于目标辐射亮度,且存在闪烁,给目标稳定跟踪带来较大困难 。当前多数空地成像设备并未考虑太阳反射干扰在内容的
4、抗干扰能力,当目标上或目标附近出现较强阳光反射干扰时,易出现目标丢失,甚至无法命中的情形。目前多采用挂飞或实弹的方法考核空地成像设备抗阳光等干扰能力 ,外场动态测量无论是在人力资源方面,还是在经费方面,代价都较大。因此,开展阳光反射干扰对空地成像设备最终落点偏差的影响研究,对空地成像设备跟踪算法的改进、抗干扰效果评估等具有重要意义。鉴于全流程的外场阳光反射干扰实验实现难度较大,本文通过将实测阳光反射干扰效应注入空地成像设备获取跟踪制导数据,进而将跟踪制导数据带入弹道仿真模型的实验方法,获得了阳光反射干扰下空地成像设备最终落点偏差变化情况。可为空地成像设备抗阳光反射干扰评估支撑,也可为空地成像设
5、备其他干扰因素抗干扰评估提供借鉴。阳光反射干扰效应分析及测试目标表面一般符合漫反射特性,但当目标周围出现反射率较高的物体或人为布设高反射率物体时,将会出现远比目标辐射亮度大的阳光反射干扰 。太阳辐射较强,且波段范围较宽,覆盖了可见至长波红外波段,其中可见和短波红外的辐射占有显著地位;太阳辐射虽在中波比例不高,但其绝对值仍相当大 。因此阳光反射干扰一旦入射到空地成像设备的入瞳,甚至只要部分进入光学系统,就会影响目标的最终成像质量。当入射的阳光反射超出空地成像设备的线性工作范围,甚至可能产生饱和等一系列非线性光学效应,影响空地成像设备的最终成像效果,从而影响空地成像设备对目标的跟踪;而跟踪不稳定将
6、导致阳光反射干扰闪烁,进一步影响跟踪稳定。到达地球表面的太阳辐射并不是严格的平行光,一般可以等效为 的无穷远目标 。太阳距地球平均距离为 ,太阳在地球大气层外产生的总辐射照度约为 (日地距离 ),可以采用理论计算到达地球表面的太阳辐射照度 。本文采用中国科学院安徽光学精密机械研究所开发的通用大气辐射传输软件()计算到达某一地面处的太阳辐射照度,计算时采用分辨率为 逐线积分的精确辐射传输计算模式。采用该软件,结合实测气象条件可以计算洛阳地区 年 月 日和 月 日地面处中波 太阳辐射照度,如表 所示。表 洛阳不同时刻太阳中波辐照度结果表 时刻月 日中波辐照度()月 日中波辐照度()时 时 时 时
7、时 到达空地成像设备处反射太阳辐射照度可由下式表示。()式中,为到达空地成像设备入瞳处反射太阳辐射照度;为到镜面处太阳辐射照度;为镜面等反射面大小;为镜面反射特性;为镜面和空地成像设备之间距离。由式(),结合空地成像设备入瞳面积、透过率、瞬时视场角、探测器面积和干扰效应分布可以计算到达空地成像设备靶面辐射亮度分布,如式:激 光 与 红 外 第 卷 ()式中,为空地成像设备探测器面辐射亮度;为空地成像设备入瞳面积;为路径透过率;为光学系统透过率;为干扰效应分布系数;为探测器面积;为探测器瞬时视场角。根据图像仿真可知,只要获得背景、目标或干扰到达探测器处的辐射亮度,结合定标获得的空地成像设备响应参
8、数,即可以获得所需仿真场景灰度图像。式()中,阳光反射干扰辐射亮度除干扰效应分布外,其他参数均可由仿真计算获得。虽然理论上可利用杂散光分析软件(或 )仿真获得干扰效应分布,但实际工作中多利用实测的干扰效应统计获得对应分布。本文采用空地成像设备对阳光反射干扰效应进行了测试,进而统计获得干扰效应分布。将成像设备置于某一高处精密二维转台上,成像设备工作波段为 ,像元尺寸为 ,量化位数为 。将镜面反射源固定于 外地面。调整镜面反射源方位、俯仰,并同步调整高处精密二维转台方位、俯仰瞄准镜面反射源区域,使得镜面反射干扰效应最强。以 间隔调整转台方位,测量不同太阳夹角下反射效应,结果如图 所示。当出现镜面反
9、射时,干扰光斑的像素高达 多个,干扰效应光斑面积远大于镜面理想成像面积,掩盖了镜面本身成像;干扰效应光斑中心区域近 个像素点等效辐射温度饱和。随着精密二维转台旋转,干扰效应光斑减小;当旋转角度约 时,镜面成像大小约为 个像素。图 阳光反射干扰效应测试结果 由图 镜面反射的全角约为 ,与分析结果一致;实际阳光反射干扰需要较高的瞄准精度,干扰容易出现起伏。一般情况下对于玻璃等强反射源的反射特性可以使用下述模型来表示 。(,)()()()式中,为太阳入射角;为太阳反射角;、为相关参数。由式()和图 可以看出:镜面强反射源及空地成像设备构成镜面反射关系时,镜面反射干扰效应最强,并随太阳入射角和反射角变
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