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基于广播电视无源雷达系统目标定位仿真唐小明宋杰何友海军航空工程学院电子工程系，烟台２６４００１１ｉ旦坌虫！旦ｇ』！坚！曼！：！！堂｝摘要本文舟绍了无舜雪适系统的组戚与基丰厚理，并以一种简他的呆统构造模型结合具体应用进行无番相干定位仿真，讨论了影响系统定位精度和分辩率的三个重要目紊．对一些改善系统性镌的方ｊ圭提出了合理建议，计算机仿真结果验证了该秉统在一定条件下的可行性．关键词无舜茁遮相关接收系统仿真１引言无源雷达系统采用的是基于无线电通信和传播的以多基地雷达体制．这种古老而义特殊的雷达体制早在雷达最初诞生的实验阶段就已被采朋．后来由丁无线收发开关的发明，收发在一起的单基地雷达逐渐发展起来且性能日臻完善井被广泛返瑚，但般多基地雷达却没有多大发展．而今单基地雷达日益面临电子干扰、反辐射导弹、隐身兵器及低空突防的严重威胁．如何既做刮自身隐蔽．又能探测隐身目标对雷达体制提出了新的挑战，其中隐蔽探测的一种可行方式就是采用舣多基地体制，而探洲聪身目鼯的一种较蚶方法就是利用较低频段的信号。
于是人删提出了直接利用广。
播、电视等外辐射豫进行目标探洲的思路。
这样，雷达的发展义将重折转向这种基于外辐射源的烈多基地雷哒体制。
这种雷达体制由于具有潜在的隐般和反隐身等特性．近年来备受媒体关注．各国都相继进行了一系列试验研究：如澳大利亚Ｒｉｎｇｅｒ、Ｆｒａｚｅｒ年｜ＩＡｎｄｅｒｓｏｎ嫦人Ｉｌ’研究分析了一些广播频段的机会发射信号用于无源雷达目标检测的可ｆ？性：英国Ｈｏｗ＇ｌａｎｄ。
‘研究试验了基下电视的般基地雷达对空中目标的探测；而美国洛克希德公司历时ｌｊ年研制的一种新型多基地监视系统“ＳｉｌｅｎｔＳｅｎｔｒｙ”（沉默哨兵）”利用ＦＭＪ播和电视宾正使系统达到了实用化、商业化程度．并以事实向世人证明了基丁Ｊ１播电视无源雷达系统的可行性．然而．从雷达波形理论分析可知，ｒ播、电视信号波形井不是最佳的目标探铡波形，且利用厂。
手蔷、电视信号进行目标探测乖幔Ｒ踪时．其所面临的信号环境是异常恶劣的。
基于四象限探测器的红外导引头目标捕获和跟踪系统韩文波;杨晓茂【期刊名称】《长春理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(000)001【摘要】In this paper, infrared seeker is designed as a target acquisition device for laser semi-active guidance hard-ware-in-the-loop simulation system.Its performance directly influences positioning precision of the whole of hard-ware-in-the-loop simulation system.Firstly, this paper analyses the performance index of infrared seeker and designs a set of optical system,and the feasibility of optical system is verified by ZEMAX;Then,the processing and acquisition circuit of four quadrant detector is designed to capture the position of target;Finally,this system achieves target track-ing by controlling three-axis turntablemotion.Through the experiment, it’s verified that this syste m can capture and track laser target simulator in the environment of laboratory.%设计的红外导引头主要为激光半主动制导半实物仿真系统的目标捕获装置，它的性能直接影响整个半实物仿真系统的定位精度。
红外双波段探测系统建模仿真与测温算法研究的开题报告一、选题背景和意义红外双波段探测技术已经广泛应用于工业、军事、医疗等领域，具有非接触、快速、高精度等优点，在物体的热力学特性分析、故障诊断和质量控制等方面有着重要的应用价值。
本课题旨在建立红外双波段探测系统的模型，并研究针对不同应用场景的测温算法，以提高红外双波段探测技术的应用精度和可靠性。
二、研究内容和方法本课题拟以硅基红外探测器为核心，建立红外双波段探测系统的数学模型，并进行仿真分析。
同时，针对不同的物体表面光谱特性和环境温度变化，结合红外双波段探测系统的特点，设计相应的测温算法，从而提高测量精度和实时性。
具体研究方法包括：1. 确定基本物理模型和假设，建立红外双波段探测器的传感器特性、光学系统参数和热辐射物理模型等的数学模型，利用Fluent等软件进行仿真分析。
2. 研究不同环境条件下物体的温度分布和热辐射谱特性，利用神经网络等算法进行数据处理和分析，优化测温算法，提高测量精度和实时性。
3. 对比不同测温算法在实际应用场景下的测量效果和可靠性，验证红外双波段探测技术的应用价值。
三、预期结果和创新点本课题旨在建立红外双波段探测系统的模型，研究不同应用场景下的测温算法，以提高红外双波段探测技术的应用精度和可靠性。
本研究预期将得到以下结果：1. 建立完备的红外双波段探测系统模型，为红外双波段探测技术的进一步发展提供技术支撑和参考。
2. 针对不同物体表面光谱特性和环境温度变化，设计相应的测温算法，提高红外双波段探测技术的测量精度和实时性。
3. 验证不同测温算法的测量效果和可靠性，为“红外双波段探测技术+测温算法”在各领域的应用提供技术保障。
本课题的创新点在于通过建立红外双波段探测系统的模型，并结合不同应用场景下的测量需求和物体热辐射特性，设计最适合的测温算法，实现对物体表面温度的高精度、实时测量。
同时，本研究的方法和技术在医疗、军事、工业等领域的红外探测技术的应用中具有普适性和可推广性。
红外探测仿真技术红外探测仿真技术是一种通过模拟和模型计算来研究和预测红外辐射信号的技术。
它利用计算机模拟和仿真技术来模拟复杂的红外辐射场景，并通过对模拟结果进行分析和处理，为红外探测器的研发和应用提供参考。
红外探测仿真技术在军事、安防、医学、环境监测等领域具有广泛的应用。
例如，在军事领域，红外探测仿真技术可以用于预测和评估敌方的红外干扰手段，为战场上的红外探测和干扰对抗提供决策支持。
在安防领域，红外探测仿真技术可以用于设计和优化红外监控系统，提高监控的准确性和可靠性。
在医学领域，红外探测仿真技术可以用于模拟和研究红外成像技术在疾病诊断和治疗中的应用。
在环境监测领域，红外探测仿真技术可以用于模拟和预测大气中的温室气体排放和污染物扩散，为环境保护和治理提供科学依据。
红外探测仿真技术的基本原理是通过建立红外辐射场景模型，包括辐射源、物体、传感器等元素，利用计算机对这些元素进行仿真计算，得到红外辐射的分布和特征。
在仿真过程中，需要考虑红外辐射的传播、散射、吸收等多种物理过程，并结合物体的表面特性、温度分布等因素进行综合分析。
通过对仿真结果的分析和处理，可以得到红外辐射的强度、频谱、方向性等信息，为红外探测器的设计和优化提供参考。
红外探测仿真技术的关键是建立准确的模型和算法。
模型的准确性直接影响仿真结果的可信度，而算法的高效性和精确性则决定了仿真的速度和精度。
因此，红外探测仿真技术的研究需要对物理和数学知识有深入的理解，同时还需要掌握计算机仿真和模型计算的技术。
红外探测仿真技术的发展对红外探测领域的研究和应用具有重要意义。
它可以帮助研究人员更好地理解和分析红外辐射的特性，优化红外探测器的性能，提高红外探测的准确性和可靠性。
同时，它也可以为红外探测器的设计和应用提供决策支持，节省研发成本和时间。
随着计算机技术和仿真算法的不断发展，红外探测仿真技术将会得到更广泛的应用和推广，为红外探测领域的研究和发展带来更多的机遇和挑战。
第26卷第3期2000年5月 光学技术OPTICAL TECHN IQU E Vol.26No.3May 2000文章编号:100221582(2000)0320214203基于四元红外探测系统的仿真信号源———目标探测信号的模拟Ξ刘真南1,金伟其1,仇谷峰1,郭宏1,苏学刚1,梁志科1,高稚允1,邵左文2(1.北京理工大学光电工程系,北京 100081;2.航空工业总公司第014中心,洛阳 471009)摘要:根据红外导引头研制和生产的检验需要,研究了四元红外探测系统输出信号的模拟技术,实现了在多种目标和干扰条件下,在系统视场内目标由远到近的运动、干扰弹投放、目标像斑沿扫描圆扫描时十字型红外探测器的输出信号等动态过程的计算机模拟仿真,可较好地模拟仿真输出信号的幅度和相位关系。
对于研制新型红外导引头技术具有重要意义和实用价值。
关键词:红外制导;红外导引头;四元探测;仿真中图分类号:TN215;V249132 文献标识码:ASimulated signal source for four 2element infrared detection system ———simulation of the target detection signalLI U Zhen 2nan 1,J I N Wei 2qi 1,QI U G u 2feng 1,G UO H ong 1,SU Xue 2gang 1,LI ANG Zhi 2ke 1,G AO Zhi 2yun 1(1.Department of Optical Engineering ,Beijing Institute of Technology ,Beijing 100081,China )SH AO Zuo 2wen 2(2.Electric 2Optical Research Center of AV IC ,Luoyang 471009,China )Abstract :For the inspections required during the development and production of infrared homer ,the simulation technolo 2gies for the output signal from four 2element detection system are investigated.The dynamic processes under multiple targets and interfering conditions ,such as the target movement from far to near in the system field of view and the launching of disturber ,as well as the output signals from image discs scanning along the scanning circle on the cross pattern IR detector can all be real 2ized in the computerized simulation ,and both the am plitude and phasic relationship of the output signals are well simulated.It is important and practicable in the development of the new IR homer technology.K ey w ords :Infrared guidance ;infrared homer ;four 2element detection ;simulation1 引 言红外导引头是红外寻的导弹制导控制系统中的关键部件,其性能直接关系到武器系统的战术性能。
同时,由于人为红外干扰技术的广泛使用,提高红外导引头的精确制导和抗干扰能力成为发展新型红外导引技术的重要课题[123]。
红外导引头通常由位标器和电子信息处理组件组成[4](如图1),位标器包括红外探测系统和陀螺两部分,电子信息处理组件从红外探测系统产生的景物信号中提取目标信息,转换成符合制导系统要求的控制信号。
在红外导引头的研制和生产过程中,必须对位标器和电子信息处理组件进行单调和联调,以综合测试检验导引头的性能。
在对电子信息处理组件的调试与检验时,需要输入红外探测器产生的调制信号并根据返回的处理信号,进行综合比较分析以检验电子信息处理组件的功能和可靠性。
通常,简单的检验方法是输入通用的周期性脉冲信号源,显然,这与实际情况有明显的差别,图1 红外导引头结构组成图特别是难以检验电子处理组件的特殊处理方法。
红外导引头与目标发生器的组合是一种实物检测方式,虽可真实反412Ξ收稿日期:200021217作者简介:刘真南(19682),男,北京理工大学硕士研究生,从事光电技术、视频技术、图像处理研究。
映系统状态,但存在一些缺陷和实际问题:(1)结合真实景物和目标进行系统检测是最终的检测方式,但大量的外场实验耗资费时,难以频繁使用;(2)实物目标发生器(如可作二维平面运动的控温辐射源)虽然是重要的系统检测方式,但实验系统较花费资金,且可得到的场景和目标种类及其控制方式有限;(3)位标器组件本身也是重要的检测项目,组合检测包含各组件的影响,不利于问题的分析、处理和判断;(4)位标器组件的易耗性和可靠性,可能加大检测的成本,并影响检测结果。
仿真实验技术是目前实验室中检验红外导引头工作状况的重要手段,对于提高系统设计质量、减少飞行实验次数、缩短研制周期、降低成本以及提高效费比具有重要的作用,且随着模型置信度和目标逼真度的提高以及计算机技术和全数字仿真技术的发展,仿真技术的地位得到进一步增强,成为现代导弹系统优化设计的必要手段。
“十”字四元红外探测系统是目前红外导引头中常用的一种目标方位探测系统[5～7]。
作为研制红外导引头模拟仿真信号源[8]的重要内容,本文将介绍四元红外探测系统的工作原理,讨论信号源信号的模拟及模拟软件的基本功能。
2 四元红外探测系统的原理四元红外探测系统的工作方式为圆锥扫描式,在图2 四元红外探测器的工作模式W —探测器臂宽;D —相邻探测器间距;R —扫描圆半径;ω—扫描角频率像平面上产生目标像点的扫描圆。
在像平面上放置四元探测器阵列,因而目标像点将依次扫描探测器,并产生相应的响应信号:(1)当目标位于光轴上时,扫描圆圆心O 与四元探测器阵列中心重合(如图2),像点以等间隔逐一扫过四个探测器,每个探测器上依次输出等间隔信号脉冲,如图3(a )。
(2)当目标在光轴外时,探测器输出不等间隔且较宽的信号脉冲,如图2的扫描圆O ′,目标像点只扫过A 和B 两个探测器,因而,只有A 和B 探测器有信号脉冲如图3(b )。
(3)随着目标偏离光轴的大小和方向的不同,探测器上出现像斑的时间先后及脉冲信号间隔都不相同,称四路输出信号为脉冲位置调制信号,电子信息处(a )目标在光轴上 (b )目标在光轴外图3 四元探测器的输出信号时序图理组件根据脉冲位置调制信号可解算出目标方位。
3 四元红外探测系统的信号模型 3.1 模型的功能描述四元探测系统信号仿真源主要实现以下功能:(1)模拟目标在视场内的运动,即模拟目标可按照一定曲线轨迹由远至近地运动的动态过程;(2)模拟在探测过程中若干干扰弹投放以及其它干扰源干扰的动态过程;(3)模拟在目标及各种干扰源条件下,四元探测系统输出的脉冲位置调制信号;(4)仿真信号源仿真的数据将实时输出至电子信息处理组件,同时读回电子信息处理组件的处理结果,为后续对电子组件的调试以及性能的检验和判别提供基本数据。
仿真系统着重于功能性、原理性描述及其实现,为此研究建立了目标和干扰模型(主要描述目标和干扰的运动和辐射特性)、四元探测系统模型(反映信息探测、变换及系统跟踪特性)、四元探测器输出信号的模型及导引头性能判别模块等。
这里只简单介绍目标运动的仿真模型和四元探测输出信号仿真模型。
图4 目标相对运动轨迹及其描述X G 、Y G 、Z G —光轴坐标系;Φ—目标运动平面与Z G 夹角。
3.2 目标运动的仿真模型我们以探测系统光轴坐标系作为仿真系统的界面坐标,为了简化模型且不失一般性,只描述目标与探测系统的相对运动,且假设相对运动轨迹512 第3期 刘真南,等: 基于四元红外探测系统的仿真信号源———目标探测信号的模拟是在过视线轴和光轴子午面内的曲线轨迹,即目标可以按空间二维平面中的曲线轨迹运动(如图4)。
目标运动轨迹曲线由数据拟合方法生成。
首先给定一些离散点和时间参数作为关键帧序列,这些点可以自行设计,也可以是实际真实数据,进而利用这些点的插值样条产生一条运动轨迹。
在已知目标相对运动轨迹曲线后,以时间为自变量,取帧周期为时间间隔,计算出目标位置。
进一步根据目标特性、红外探测系统的结构与性能参数,即可完成目标响应信号大小的计算。
同理,根据干扰弹的性能、投放时间和投放方向,可以完成干扰弹信号大小的计算。
3.3 四元探测输出信号产生的仿真模型导引头的视场是指探测器有信号输出情况下扫描圆圆心的集合,视场范围由扫描圆半径、探测器尺寸和目标像斑半径共同决定。
四元探测输出信号的产生采用了一种交面计算法[8],其根据四元探测系统的调制原理,不仅考虑了在红外探测系统视场中设定目标和干扰以及它们的像斑在扫描一帧内的运动规律,也考虑了探测器阵列尺寸的影响,对输出信号进行分类量化,利用不同探测臂的对称性采用一个控制符来简化数学模型。
在探测过程的仿真中,按照采样基准信号[4]进行信号模拟,因此,得到的4路信号之间互相关联且相位关系一致,模拟信号幅度按探测过程改变,从而实现较准确的信号模拟。
4 仿真模拟的实现根据系统仿真模型及对模拟信号源研制的需要,图5 单目标探测的仿真结果我们设计了仿真系统的总体方案,并采用Wi ndows 条件下的Visual C ++开发工具,研制了四元探测系统的信号源模拟仿真软件。
软件主要包括参数输入模块、探测信号模拟模块、探测信号传输模块、评价与显示等功能模块。
图5是单目标仿真在某一时刻的模拟界面。
其中给出了十字型探测器列阵视场、目标运动的模拟曲线轨迹、四探测器信号输出的幅度和方位。
图中右上十字型是探测器列阵;右下图是目标运动平面轨迹;左面4个矩形框中的波形分别表示目标在沿着设定的轨迹曲线运动时,一周扫描时间内,目标像斑与4个探测器A 、B 、C 、D 相交所产生的归一化信号数据。
